Способ определения паров пропионовой кислоты в воздухе рабочей зоны

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения паров пропионовой кислоты в воздухе рабочей зоны производств органического синтеза. Техническим результатом изобретения является интенсификация процесса определения паров пропионовой кислоты за счет исключения стадии пробоподготовки, сокращения времени подготовки детектирующего устройства. Сущность: в способе, включающем отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, детектирование и расчет концентрации пропионовой кислоты по градуировочному графику, в качестве детектирующего устройства используют ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, предварительно модифицированным ацетоновым раствором полистирола в качестве подложки и водным раствором аминокислоты β-аланина так, чтобы масса пленки после удаления растворителя при нанесении полистирола составляла 10-15 мкг, после нанесения β-аланина 20-25 мкг, аналитический сигнал регистрируют через 45 с после введения пробы. 2 табл.

 

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения паров пропионовой кислоты в воздухе рабочей зоны производств органического синтеза.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения паров пропионовой кислоты в воздухе рабочей зоны с применением газожидкостной хроматографии [Т.М.Дмитриев, Н.И.Казнина, И.А.Пинигина. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде.-М.: Химия, 1989, 368 с.], включающий отбор и подготовку пробы, подготовку детектирующего устройства (газохроматографической колонки) к анализу и определение. Предельно допустимая концентрация пропионовой кислоты в воздухе рабочей зоны ПДК_рз=20 мг/м. В качестве неподвижной фазы (НФ) используют полиэтиленгликоль - 4000, продолжительность анализа с подготовкой хроматографической колонки составляет 7-9 ч, подготовка пробы воздуха 30 мин, погрешность измерения ±25%.

Недостатками способа являются длительность стадии подготовки пробы и детектирующего устройства (газохроматографическая колонка) к анализу, сложность аппаратурного оформления.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса определения паров пропионовой кислоты за счет исключения стадии пробоподготовки, сокращения времени подготовки детектирующего устройства.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения паров пропионовой кислоты в воздухе, включающем отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, детектирование и расчет концентрации пропионовой кислоты по градуировочному графику, новым является то, что в качестве детектирующего устройства используют ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, предварительно модифицированным ацетоновым раствором полистирола в качестве подложки и водным раствором аминокислоты β-аланина так, чтобы масса пленки после удаления растворителя при нанесении полистирола составляла 10-15 мкг, после нанесения β-аланина 20-25 мкг, аналитический сигнал регистрируют через 45 с после введения пробы.

Технический результат заключается в интенсификации процесса определения паров пропионовой кислоты за счет применения пьезокварцевого резонатора, предварительно модифицированного ацетоновым раствором полистирола в качестве подложки и водным раствором аминокислоты β-аланина послойно, проявляющих сорбционное сродство к пропионовой кислоте, что позволяет определять микроколичества паров пропионовой кислоты в анализируемой пробе воздуха.

Способ определения паров пропионовой кислоты в воздухе рабочей зоны осуществляется по следующей методике.

1) Пробоотбор. Анализируемый воздух, содержащий пропионовую кислоту, отбирают шприцем объемом 10 см³.

2) Подготовка детектирующего устройства. На обе стороны алюминиевого электрода (площадь 0,2 см²) пьезокварцевого резонатора (срез AT, плотность кварца 2600 кг/м³) с собственной частотой 10 МГц наносят микрошприцем раствор полистирола в ацетоне так, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 15 мин при 40°С масса пленки составляла 10-15 мкг. Затем наносят водный раствор аминокислоты β-аланина так, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 45 мин при 40°С масса всей пленки составляла 20-25 мкг. Пьезокварцевый резонатор с пленкой (пьезосенсор) помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы и выдерживают 3 мин для установления стабильного нулевого сигнала F°.

3) Определение пропионовой кислоты. В ячейку детектирования шприцем вводят 10 см³ воздуха, содержащего пары пропионовой кислоты на уровне ПДК_рз. Фиксируют частоту колебаний пьезокварцевого резонатора F через 45 с после ввода пробы. По разности F°-F рассчитывают отклик пьезосенсора ΔF и строят график зависимости ΔF от концентрации пропионовой кислоты в воздухе в интервале концентраций 5-100 мг/м³. По уравнению градуировочного графика находят содержание пропионовой кислоты в анализируемой пробе воздуха

ΔF=4,12·с_м,

где ΔF - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц;

с_м - концентрация пропионовой кислоты в пробе воздуха, мг/м³.

Продолжительность анализа с пробоотбором, модификацией электродов и регенерацией ячейки детектирования 90 мин.

Число анализов без обновления покрытий пьезорезонатора составляет 50.

Время, необходимое для восстановления сорбента, 15 мин.

Погрешность определения паров пропионовой кислоты в воздухе ±20%.

Способ определения пропионовой кислоты в воздухе рабочей зоны поясняется следующими примерами.

Примеры осуществления способа

Пример 1

На обе стороны электрода пьезорезонатора наносят микрошприцем раствор полистирола в ацетоне так, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 15 мин при 40°С масса пленки составляла 10-15 мкг. Затем наносят водный раствор аминокислоты β-аланина в воде так, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 45 мин при 40°С масса пленки составляла 20-25 мкг.

После подготовки пьезосенсора к работе его помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, выдерживают в течение 3 мин для установления нулевого сигнала F₀, вводят шприцем анализируемую пробу воздуха объемом 10 см³ и фиксируют отклик резонатора спустя 15 с. По отклику пьезосенсора ΔF=F₀-F и уравнению градуировочного графика рассчитывают содержание пропионовой кислоты в пробе воздуха. Способ осуществим.

Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме, предварительной модификацией электродов и регенерацией ячейки детектирования составляет 90 мин.

Число анализов без обновления покрытий пьезорезонатора - 50.

Время, необходимое для восстановления сорбента - 15 мин.

Погрешность определения паров пропионовой кислоты в воздухе ±20%.

Результаты анализа представлены в табл.1.

Пример 2

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор полистирола в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (15 мин, 40°С) составляла 20-25 мкг. Далее анализ осуществляют аналогично примеру 1. Отклик сенсора на уровне шумов. Способ неосуществим. Результаты представлены в табл.1

Пример 3

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят в качестве модификатора водный раствор аминокислоты β-аланина так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 45 мин при 40°С составляла 20-25 мкг. Далее анализ осуществляют аналогично примеру 1. Отклик сенсора невоспроизводим. Способ неосуществим. Результаты представлены в табл.1.

Пример 4

На обе стороны электрода пьезорезонатора микрошприцем наносят ацетоновый раствор поливинилпирролидона в качестве подложки так, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 15 мин при 40°С масса пленки составляла 10-15 мкг. Затем наносят раствор аминокислоты β-аланина в воде так, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 4S мин при 40°С масса пленки составляла 20-25 мкг. Далее анализ осуществляют аналогично примеру 1. Отклик сенсора невоспроизводим. Способ неосуществим. Результаты представлены в табл.1.

Некоторые характеристики заявляемого способа и прототипа сопоставлены в табл.2.

Из примеров 1-4, табл.1 и 2 следует, что положительный эффект по предлагаемому способу достигается за счет применения в качестве модификатора электродов пьезокварцевого резонатора сорбента полистирола и аминокислоты β-аланин, нанесенных послойно из ацетонового и водного растворов соответственно, проявляющих сорбционное сродство к пропионовой кислоте. Это позволяет определять микроколичества пропионовой кислоты в анализируемой пробе воздуха (пример 1). При модификации электродов пьезокварцевого резонатора полистиролом (масса пленки 20-25 мкг) чувствительность пьезосенсора по отношению к парам пропионовой кислоты минимальна, отклик находится на уровне шумов. Применение β-аланина в качестве модификатора электродов и поливинилпирролидона вместо полистирола в качестве подложки β-аланина (массы пленок 20-25 мкг) не позволяет определять пары пропионовой кислоты в воздухе т.к. отклик пьезосенсора не воспроизводится (примеры 3 и 4).

Таким образом, предлагаемый способ определения паров пропионовой кислоты в воздухе рабочей зоны по сравнению с прототипом позволяет:

1) исключить стадию подготовки пробы;

2) сократить время подготовки детектирующего устройства с 6-8 ч до 70 мин;

3) сократить общую продолжительность анализа, включая модификацию электродов и регенерацию ячейки детектирования, с 7-9 ч до 90 мин.

Таблица 1. Примеры осуществления способа определения паров пропионовой кислоты в воздухе рабочей зоны
Номер примера	Модификатор	Масса модификатора, мкг	Аналитический сигнал, Гц	Время опроса, с	Время регенерации, мин	Погрешность определения,	Выполнение способа
1	полистирол и β-аланин	23	22	45	15	20,0	осуществим
2	полистирол	21					неосуществим
3	β-аланин	22	25	45	15	45,5	неосуществим
4	поливинилпирролидон и β-аланин	24	19	45	15	52,0	неосуществим
Таблица 2 Сопоставление характеристик прототипа и заявляемого способа
Параметр	Прототип	Заявляемый способ
Подготовка пробы	необходима	исключена
Продолжительность подготовки детектирующего устройства к работе	6-8 ч	70 мин
Продолжительность анализа	7-9 ч	90 мин
Погрешность определения	±25%	±20%

Способ определения паров пропионовой кислоты в воздухе рабочей зоны, включающий отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, детектирование и расчет концентрации пропионовой кислоты по градуировочному графику, отличающийся тем, что в качестве детектирующего устройства используют ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, предварительно модифицированным ацетоновым раствором полистирола в качестве подложки и водным раствором аминокислоты β-аланина так, чтобы масса пленки после удаления растворителя при нанесении полистирола составляла 10-15 мкг, после нанесения β-аланина 20-25 мкг, аналитический сигнал регистрируют через 45 с после введения пробы.