Способ определения токсичных примесей в газе

 

Изобретение относится к методам анализа газов, содержащих токсичные примеси, с применением сорбентов для поглощения токсичных примесей, и может быть использовано для определения серу- или фторсодержащих фосфорорганических токсичных примесей в газах на предприятиях химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности, а также при проведении научных исследований. Достигаемый технический результат - обеспечение высокой чувствительности определения токсичных примесей фосфорорганических соединений до 5·10^-7 мг/л при абсолютной влажности газа до 24 мг/л, т.е. при концентрации паров воды, в 4,8·10⁷ раз превышающей концентрацию определяемых примесей в газе. Сущность изобретения: в способе определения токсичных примесей в газе, включающем сорбцию токсичных примесей пропусканием анализируемого газа через сорбент, последующую термическую десорбцию токсичных примесей и регистрацию десорбированных токсичных примесей, в качестве сорбента используют порошок фторопласта марки 4D молекулярной массой 100000 - 140000 а. е. м., размером пор 20 - 200 нм, размером частиц 0,1 - 1,0 мм, подвергнутый в течение 10 - 12 мин термической обработке при 330±3^oC и просеянный через сита до получения фракций в указанных выше пределах. Сорбцию определяемых токсичных примесей проводят пропусканием анализируемого газа с расходом 0,3 - 5 л/мин через указанный сорбент при (-)50 - (+)50^oC в течение 5 - 10 мин. Термическую десорбцию определяемых токсичных примесей проводят при 60 - 140^oC в течение 5 - 8 с в потоке газа-носителя с расходом 1 мл/мин - 1 л/мин.

Изобретение относятся к методам анализа газов, содержащих токсичные примеси, с применением сорбентов для поглощения токсичных примесей, и может быть использовано для определения серу- или фторсодержащих фосфорорганических токсичных примесей в газе на предприятиях химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности, а также при проведении научных исследований.

Известен способ определения токсичных примесей в газе, в котором анализируемый газ пропускают через различные сорбенты, в качестве которых используются активные угли, цеолиты, твердые гели, полимерные и металлические сетки, волокнистые аэрозольные фильтры, см. патент Российской Федерации N 2055361, кл. G 01 N 30/08, опубликованный 27.02.96 г.

Однако при определении токсичных примесей серу- или фторсодержащих фосфорорганических соединений в присутствии паров воды, концентрация которых в газе во много раз превышает концентрацию определяемых токсичных примесей, указанный способ сложен и неэффективен.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения токсичных примесей в газе, включающий сорбцию токсичных примесей пропусканием анализируемого газа через сорбент, термическую десорбцию токсичных примесей и регистрацию десорбированных токсичных примесей, см. патент Российской Федерации N 2032899, кл. G 01 N 30/06, опубликованный 10.04.95 г.

В нем для определения серусодержаших токсичных примесей в качестве сорбента используют крупнопористый силикагель марки АСКГ обработанный серной кислотой, высушенный при температуре 120^oC и прокаленный при температуре 350^oC, десорбцию токсичных примесей производят нагревом силикагеля до температуры 200-250^oC в токе азота или другого инертного газа.

Известный способ, принятый за прототип, хорошо определяет токсичные примеси сероводорода, сероуглерода, серооксида углерода, диоксида серы, но совершенно неэффективен для определения токсичных примесей серу- или фторсодержащих фосфорорганических соединений в присутствии высокой концентрации паров воды, так как при отборе проб указанных токсичных примесей происходит дезактивация сорбента парами воды, проскок определяемых примесей. Кроме того, на поверхности сорбента происходит гидролиз определяемых примесей, а десорбция при температуре 200-250^oC приводит к термической деструкции определяемых примесей.

Таким образом, известный способ из-за такой чувствительности практически не применим для определения токсичных примесей серу- или фторсодержащих фосфорорганических соединений в присутствии высоких концентраций паров воды в газе.

В данном изобретении ставится задача обеспечить высокую чувствительность определения токсичных примесей серу- или фторсодержащих фосфорорганических соединений в присутствии высоких концентраций паров воды в анализируемом газе, во много раз превышающих концентрацию определяемых примесей.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в обеспечении высокой чувствительности определения токсичных серу- или фторсодержащих фосфорорганических соединений до 5·10^-7 мг/л при абсолютной влажности газа до 24 мг/л, т.е. при концентрации паров воды, в 4,8·10⁷ раз превышающей концентрацию определяемых примесей в газе.

Указанный выше технический результат достигается за счет того, что в способе определения токсичных примесей в газе, включающем сорбцию токсичных примесей пропусканием анализируемого газа через сорбент, последующую термическую десорбцию токсичных примесей и регистрацию десорбированных токсичных примесей, в качестве сорбента используют порошок фторопласта марки 4Д молекулярной массой 100000-140000 а.е.м., размером пор 20-200 нм, размером частиц 0,1-1,0 мм, подвергнутый в течение 10-12 мин термической обработке при температуре 330±3^oC и просеянный через сита до получения фракций в указанных выше пределах.

Сорбцию определяемых токсичных примесей проводят пропусканием анализируемого газа с расходом 0,3-5 л/мин через указанный сорбент при температуре -50 - +50^oC в течение 5-10 мин.

Термическую десорбцию определяемых токсичных примесей проводят при температуре 60-140^oC в течение 5-8 с в потоке газа- носителя с расходом 1 мл/мин - 1 л/мин.

В предложенном способе за счет использования специально приготовленного сорбента, который хорошо поглощает токсичные примеси серу- или фторсодержащих фосфорорганических соединений и не поглощает пары воды, осуществляется высокая степень концентрирования определяемых примесей, и отделение их от паров воды, а выбор оптимальных параметров режимов сорбии и десорбции обеспечивает высокую чувствительность определения токсичных примесей указанных выше фосфорорганических соединений в присутствии высоких концентраций паров воды в анализируемом газе.

В предлагаемом способе сорбция токсичных примесей производится в диапазоне температур анализируемого газа от -50^oC до +50^oC пропусканием газа через сорбент с объемной скоростью 0,3-5 л/мин в течение 5-10 мин. При объемной скорости больше 5 л/мин увеличивается проскок определяемых токсичных примесей, что снижает чувствительность их определения, при объемной скорости меньше 0,3 л/мин значительно увеличивается время анализа для обеспечения высокой чувствительности. При времени сорбии токсичных примесей менее 5 мин снижается количество сорбируемых токсичных примесей, а следовательно, и чувствительность определения. Время сорбции более 10 мин неэффективно, т.к. увеличивается проскок сорбируемых токсичных примесей из-за насыщения сорбента.

Десорбция определяемых токсичных примесей производится при температуре 60-140^oC в течение 5-8 с в потоке газа-носителя с расходом 1 мл/мин - 1 л/мин. При температуре десорбции менее 60^oC плохо десорбируются определяемые токсичные примеси, при температуре более 140^oC происходит их термическое разложение. При времени десорбции менее 5 с и расходе газа-носителя 1 мл/мин слишком мало количество десорбируемых примесей. Время десорбции более 8 с и расход газа-носителя более 1 л/мин неэффективен, т.к. не приводят к существенному увеличению десорбируемых токсичных примесей.

В качестве газа-носителя используют очищенный воздух или любой инертный к определяемым токсичным примесям газ.

Предложенный способ поясняется следующими примерами.

Пример 1 Анализируемый газ (воздух), содержащий токсичные примеси серусодержащих фосфорорганических соединений, в качестве которых использовались пары О-этил -S - 2 - (N,N -диметил) этилметилтиолфосфоната структурной формулы в концентрации 5·10^-7 мг/л и пары воды в концентрации 24 мг/л пропускали через помещенный в стеклянную трубку сорбент, приготовленный из фторопласта марки 4Д.

Для приготовления сорбента брали фторопласт марки 4Д молекулярной массы 100000-140000 а. е.м. с размером пор 20-200 нм, размером частиц 0,1-1,0 мм, подвергали его термической обработке в течение 10 мин при температуре 330±3^oC, охлаждали на воздухе до комнатной температуры и просеивали через сито до получения фракции в указанных пределах. Сорбент помещали в стеклянную трубку диаметром 5 мм между двумя сетками из нержавеющей стали.

Для обеспечения 100% относительной влажности воздуха, соответствующей абсолютной влажности 24 мг/л в газовой камере с указанными токсичными примесями поддерживали температуру 26^oC.

Сорбцию определяемых токсичных примесей проводили пропусканием анализируемого газа (воздуха) из газовой камеры с расходом 0,3 л/мин в течение 10 мин.

Термическую десорбцию отобранных токсичных примесей проводили при температуре 60^oC нагревом сорбента до указанной температуры и пропусканием через него газа-носителя, в качестве которого использовался очищенный воздух с расходом 1 л/мин в течение 5 с. Регистрация десорбированных примесей проводилась ионно- спектрометрическим способом. Спектрометр ионной подвижности надежно регистрировал сигнал от десорбированного O-этил- S -2-(N,N -диметил/этилметилтиолфосфоната.

Пример 2 В газовой камере при температуре -50^oC создавалась концентрация токсичных примесей фторсодержащих фосфорорганических соединений, в качестве которых использовался О-этилметилфторфосфонат структурной формулы в концентрации 5·10^-7 мг/л при 100% относительной влажности воздуха.

Анализируемый газ (воздух) с указанными токсичными примесями из газовой камеры пропускали через сорбент на основе фторопласта 4Д, приготовленный аналогично примеру 1, в течение 5 мин с расходом 5 л/мин. При этом происходила сорбция токсичных примесей на сорбенте.

Термическая десорбция отобранных примесей проводилась при температуре 140^oC пропусканием через сорбент газа-носителя, в качестве которого использовался очищенный воздух, в течение 8 с с расходом 1 мл/мин.

Регистрация десорбированных токсичных примесей проводилась с помощью спектрометра ионной подвижности, который надежно фиксировал наличие примесей О-этилметилфторфосфонат.

Пример 3 В газовой камере при температуре 50^oC создавалась концентрация токсичных примесей фторсодержащих фосфорорганических соединений, в качестве которого использовался О-этилметилфторфосфонат в концентрации 5·10^-7 мг/л и абсолютной влажности воздуха 24 мг/л.

Проводили сорбцию токсичных примесей пропусканием анализируемого газа (воздуха) из газовой камеры через сорбент, приготовленный аналогично примеру 1, в течение 8 мин с расходом 3 л/мин.

Затем проводили термическую десорбцию отобранных токсичных примесей при температуре 100^oC пропусканием газа-носителя, в качестве которого использовался очищенный воздух, в течение 6 с с расходом 100 мл/мин.

Регистрация десорбированных токсичных примесей проводилась спектрометром ионной подвижности, который надежно регистрировал наличие примесей О-этилметилфторфосфоната.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ за счет устранения дезактивации сорбента парами воды и выбора оптимальных режимов сорбции и десорбции позволяет обеспечить повышение до 5·10^-7 мг/л чувствительности определения токсичных примесей серу- или фторсодержащих фосфорорганических соединений в присутствии паров воды в концентрации, многократно (в 4,8·10⁷ раз) превышающей концентрацию определяемых токсичных примесей.

Формула изобретения

Способ определения токсичных примесей в газе, включающий сорбцию токсичных примесей пропусканием анализируемого газа через сорбент, последующую термическую десорбцию токсичных примесей и регистрацию десорбированных токсичных примесей, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют порошок фторопласта марки 4Д молекулярной массой 100000 - 140000 а.е.м., размером пор 20 - 200 нм, размером частиц 0,1 - 1,0 мм, подвергнутый в течение 10 - 12 мин термической обработке при 330 ± 3^oC и просеянный через сита до получения фракций в указанных выше пределах, сорбцию определяемых токсичных примесей проводят пропусканием анализируемого газа с расходом 0,3 - 5 л/мин через указанный сорбент при (-)50 - (+)50^oC в течение 5 - 10 мин, термическую десорбцию определяемых токсичных примесей проводят при 60 - 140^oC в течение 5 - 8 с в потоке газа-носителя с расходом 1 мл/мин - 1 л/мин.