Способ определения примесей органических веществ в воздухе

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИНЕСЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ путем аспирирования воздуха через слой адсорбента - активированного угля, экстракции адсорбированных примесей органическим растворителем с последующим хроматографированием экстракта , о т ли ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности определения , в качестве адсорбента используют активированный уголь с характеристический энергией адсорбции 22-2 кДж/моль и предельным объемом адсорбционного пространства 0,0 ,5 . |. kn С0 &д Ф }0 Е 25 20

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕОНИХ

РЕСПУбЛИН.

691 Ol) ЮВG01И 108

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ОУ

07

06

Цф

0,5

ГОСУДА СТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3350118/23-04 (22) 16.10.81 (46) 23 05.83. Бюл. N" 19 (72) В.A. Власов, Г.А. Васильев и

Я.Х, Добринский (53) 543 54.45(088.8) (56) 1. Другов Ю.С., Березкин В.Г.

Газохроматографический анализ загрязненного воздуха. М., "Химия", 1981, с. 38, 97.

2, Авторское свидетельство СССР

lF 728081, кл. G 01 11 31/08, (прототип). 54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ

ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ путем аспирирования воздуха через слой адсорбента - активированного угля, экстракции адсорбированных примесей органическим растворителем с последующим хроматографированием экстракта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности оп-. ределения, в качестве адсорбента используют активированный уголь с характеристической энергией адсорбции

22-24 кДж/моль и предельным объемом адсорбционного пространства- 0,40,5 см /г.

1019329

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения примесей органических веществ в воздухе, и может быть ис" пользовано в лабораториях для контроля загрязнения воздушной среды.

Известен способ определения примесей органических веществ в soapyxe путем аспирирования воздуха через

10 слой активированного угля, экстрак" ции адсорбированных примесей органическим растворителем с последующим хроматографированием экстракта (1 J.

Недостатком способа является малая точность вследствие неполной адсорбции примесей на угле в присутствии паров воды.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ опре- 20 деления примесей органических веществ а .воздухе путем предварительной осушки воздуха, аспирирования сухого воздуха через слой адсорбента - активированного угля, экстракции адсорбированных примесей органическим растворителем с последующим хроматографированием экстракта (21.

Недостатком способа AsffRBTGR малая точность вследствие потерь приме- 30 сей на осушительной колонне.

Целью изобретения является повышение точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения при" месей органических веществ в воздухе в качестве адсорбента используют ак" тивированный уголь с характеристической энергией адсорбции 2224 кДж/моль и предельным обьемом ад- 40 сорбционного пространства 0,40,5 см /r.

На чертеже представлены экспериментальные результаты исследования изменения величины равновесной адсорбции органических микропримесей из потока сухого (относительная влажность 0,54) и влажного (относительная влажность 953) воздуха при их концентрировании активными углями, имеющими различные значения энергии адсорбции.

Из графика (фиг. 1) видно, что для активных углей, микропористая структура которых характеризуется энергией адсорбции, изменяющейся в пределах 22-24 кДж/моль, характерно минимальное снижение (или изменение) величины равновесной адсорбции при

2 концентрировании органических микропримесей из влажного воздуха no cpae" нению с равновесной адсорбцией из сухого воздуха, т,е. при изменении величины концентрации примесей в воздухе в 100 раз и относительной влажности воздуха с 0,5 до 954 .величина р3Вновесной адсорбции активных углей, микропористая структура которых характеризуется энергией адсорбции в пределах 22-24 кДж/моль, изменяется (уменьшается) не более чем на 18-223, что соответствует погрешности лучших аналитических приборов, предназначенных для.прямого анализа во влажном воздухе примесей органических веществ в стационарных лабораторных условиях. При использовании методов концентрирования погрешность приборов снижается, так как проводится анализ концентратов, а не разбавленных жидких или газовых (паровых) смесей.

На графике обозначены энергия F. адсорбции,, кДж/моль; А /Ас 1, — отношение величин равновесной адсорбции, полученное для одного и того же образца активного угля при концентрировании микропримесей (пары бензола, толуола, ксилсла, декана) из

cyxoro !относительная влажность 0,53) и влажного (относительная влажность

953) воздуха. Кривая 1 получена при концентрировании смеси микропримесей при суммарной концентрации

0,5 мг/л воздуха; кривая 2 - при суммарной концентрации 0,05 мг/л; кривая 3 - при суммарной концентрации 0,005 мг/л.

Теоретическими основами предлагаемого способа является использование особенностей механизма адсорбции микропримесей активными углями из потока влажного воздуха, которые состоят в том, что с повышением энергии адсорбции активных углей or 8,3 до

22 кДж/моль возрастает способность органических молекул к адсорбции в объеме микропор как из сухого, так и из влажного воздуха. Для активных углей с энергией адсорбции больше

24 кДж/моль для молекул воды адсорбционные силы становятся соизмеримыми с таковыми для молекул органических веществ, концентрация которых при типичных анализах микропримесей, загрязняющих атмосферу промышленных предприятий, в 10 - 10 4 раз меньше, чем водяных паров. ю .,:.1О 1-9529 ф

Характеристическая энергия адсорбции (Е ) и предельный объем адсорбционного пространства (w ) являются справочными параметрами микропористой структуры адсорбентов в терминологии теории объемного заполнения.

Основное уравнение этой теории имеет вид: ехр (-!- — ) )

v+ РЕо где а - равновесная величина адсорбции при относительном давлении Р/Р (или относительной концентрации С/С ) и температуре Т;

v - мольный объем вещества в адсорбированном состоянии;

А - изменение свободной энергии адсорбции Гиббса, взятое со знаком минус:

А =. -ЬО = RTln(P+/р ); коэффициент подобия, определяемый по физическим константам рассматриваемого и стандартного вещества (в качестве стандартного вещества принят .бензол);

n - целочисленный параметр (для промышленных активных углей

n=2).

Предельный объем адсорбционного пространства рассчитывается по одной точке экспериментальной иэотермы адсорбции паров бензола на рассматриваемом образце активного угля:

v =а г

- 0 О где вели чина адсорбции а соот вет ствует экспериментальному значению по изотерме адсорбции при Р/Р = 0,17.

Характеристическая энергия адсорбции вычисляется как

К = ВТ1п(РВip„), где РХ - равновесное давление, при котором величина адсорбции ах =, 0 368ао

Пример. Проводилось определение содержания органических микропримесей в эталонной паровоздушной смеси паров бензола, толуола, ксилола и декана с суммарным содержанием органических микропримесей

0,0012 мг/л и содержанием водяных

napos 12,1 мг/л . Для этого через две последовательно соединенные трубки (6 см на 6 мм), заполнение 100 и

500 мг активированного угля (2035 меш), например СКТ-2, микропористая структура которого характеризуется энергией адсорбции 23,5 кДж/моль и предельным объемом адсорбционного пространства, равным 0,46 см /г пропускают со скоростью 0,25 л/мин 5 л исследуемого воздуха.

Уголь из трубки-концентратора после отбора пробы высыпают в охлаждаеставлены в таблице (температура 23 С, объем пробы воздуха, отбираемого в концентраторе 3 л, относительная влажность воздуха 75/).

55 мую в электромикрохолодильнике микропробирку емкостью 1,0 см, содержащую 0,5 мл хроматографически чистого

10 пентана. Пробирку закрывают пробкой из силиконовой резины и оставляют на

30 мин. После этого пробку прокалывают микрошприцем и 5 мкл раствора вводят в испаритель хроматографа. и Экстракт из второй трубки, содержащей 50 мл угля, используют как контрольный. 8 результате хроматографического анализа установили, что в первом экстракте содержится суммарщ но 0,00551 мг загрязняющих воздух органических веществ, во втором эк— стракте органических веществ, загрязняющих исследуемый воздух, не обнаружено. Таким образом, по результа25 там анализа определено, что в расчете, на 1 л пропущенного воздуха приходится 0,0011 мг загрязняющих веществ. Истинное содержание органических веществ для этого диапазона анализируемых концентраций в среднем на 201 меньше в адсорбенте, чем в воздухе, вследствие влияния на величину адсорбции адсорбирующихся на угле паров воды. Следовательно, результаты определения должны быть увеЗ5 личены на 204, т .е. имеем концентра-. и цию 0,0013.мг/л»

Погрешность определения концентраций органических веществ, загрязняющих воздух, в сравнении с эталонной, составляет 8, 3/ без предварительной осушки.

Для сравнительной оценки и выявления преимуществ предлагаемого способа перед известным при определении примесей органических веществ различных классов в воздухе используют смеси паров органических веществ в потоке воздуха, приготавливаемые динамическим методом с использованием ка- .

56 пиллярных натекателей 1) .

Данные количественного определения паров различных классов органических веществ :о предлагаемому способу в сравнении с известным пред 1019329 ф

Щ

С» дФ

1 Э

1. 1I,X «O

1.. O Х ! О !О

Х X

1О«»

Ю

1

1

1

I

I Lg

1 с ! o

I >З

I З

I Х

I «.!

I Э

1 В

I ««I

1

I

1 м

Ф ° с в л

OL 0l

М LCL а Ф р

О1 Ch ь

О1

0 !

Х,I

Ф 1

I ф

1 6

I C

I Х +

=т 11 m X а

I 1Х «II! Ф Ю

=! 1z o

0 Э

I hC Я

СЧ CO

«D ь о

М Ю ь о

О1 о

«D

Ю о

«С\

«D

«D м cv о о

Ю Ю о о

I

1- ° 1

CFI CA

«Ч «Ч о о

СЧ

LA

«D о о

OO С0

Ю ° о о! е

1. Ccf

1 о

Ко

»

)

1

1

I

1

f 1

1 !

1

1

М Ф о х

0Е

Х X

О 0

СО

«Г\

«Ч CV

Ю л л м

В Ю

Л 0 о

C л л

Р Ъ

)

1 !

1

1 !

1

1

I

1

I

1 !

t

1 !

tX ъ

Й

z

Э

СХ

>Х

«II х

Ф

Ф

Ф X

XW

Ф

CL ! a

z e

Ф Й

=Г !»

z o

0 Э

Я р л О О

Ю о о м

Ю о

0 1 О1

СЧ С4

% о о

LA О

Ю

«Ч с

z

III

I4 о

CV . - Ф а о о

1 !

I

I

1

1 !

1

1

I

IU

Х

«0 ю

Ф

X а

С-"

1«g «1!

I- 1Э «Ll

=Г =Г

Щ «If с

X X

I- I0Ъ 0Ъ ьЯ ъ

Ф

0 с

0 ф

Ф! С

z

III III !

» I !

LI O

2Е X:. 0

1-.

»

«D о «1

cc» ca в

Ю В о о о сч м м

Ф Ф Ф !» Ol Ol

"О1 О1 О1

«ц о ь ь î о

В Ф о о о

« 4 ° 1 -О а

Ф ° \ о о о

CV CV м щ

° I

СО

N СЧ

m о «1 т

-:1 - — C4 «4

Ф с Ф Ф о о о с» о

Z Х

0 0 а

e o

Я =Т

О1

Ю

CFl

ОЪ

СЧ о о

Ю о

LCL О

Ю

СЧ о

f! о

F4.

l-

» «ч

О -Ф

Ф о

Х G

» o

С

Щ

С .0

CV н

Е 0

© W

0 а

X LO а сi!

Зo

0 «С! х.CL

I ъ N

Ф =й

Ф о «g

С».

0 !О с 0 а

L с С

«Х о

»

Ф W

Ф о

X u

Iх о

7 - 1Oi9 29 8

Как видно из данных таблицы пред- - -ды, со средней относительной лагаемый способ при использовании ошибкой 19,33, в то время как только активного угля с характеристи- .по известному способу относительческой энергией адсорбции 22- ная ошибка 96, вследствие по24 кДж/моль (без форколонки) позво- 5 глощения анализируемых веществ Форляет определять во влажном воздухе - колонкой, содержащей молекулярные ., эфиры, кетоны и спирты, а также аро- сита 5А, серную кислоту и карбонат матические,и предельные углеводоро- натрия.

Составитель 8. Гладко"

«Редактор И. Николайчук Texgeg А. Ач Корректор Е. Рашко

Заказ 3693/38 Тираж о73 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 0Я Москва Ж-Я Раушская наб. g. 4Д

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул .. Проектная, 4