Способ определения микроконцентраций этилового спирта в парогазовых смесях

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения концентраций этилового спирта в парогазовых смесях с применением массива пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками. Способ определения микроконцентраций этилового спирта в парогазовых смесях заключается в отборе 3-5 см³ анализируемой парогазовой смеси, введении пробы в закрытую ячейку детектирования, на крышке которой закреплены 3 пьезоэлектрических кварцевых резонатора с базовой частотой 40 МГц, на электроды каждого из которых с двух сторон нанесены растворы соответственно полиэтиленгликоль себацината, полиэтиленгликоль сукцината и Тритона Х-100 так, что после удаления свободных растворителей масса пленок составляет 7-10 мкг, отклики пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками одновременно фиксируются в течение 1-2 мин и формируются в кинетический «визуальный отпечаток», по площади которого с применением градуировочного графика находят концентрацию этилового спирта. Достигается правильность, точность, селективность, быстрота и простота анализа. 3 ил.

 

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения микроконцентраций этилового спирта в парогазовых смесях с применением статического "электронного носа" (массив масс-чувствительных пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками).

Технической задачей изобретения является разработка способа определения микроконцентраций этилового спирта в парогазовых смесях с применением массива масс-чувствительных пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками и специального алгоритма обработки данных, обеспечивающего быстродействие, правильность, точность, селективность и простоту определения.

Техническая задача достигается тем, что способ определения микроконцентраций этилового спирта в парогазовых смесях заключается в отборе 3-5 см³ анализируемой парогазовой смеси, введении пробы в закрытую ячейку детектирования, на крышке которой закреплены 3 пьезоэлектрических кварцевых резонатора с базовой частотой 40 МГц, на электроды каждого из которых с двух сторон нанесены растворы соответственно полиэтиленгликоль себацината, полиэтиленгликоль сукцината и Тритона Х-100

(полиоксиэтилен монооктилфениловый эфир) так, что после удаления свободных растворителей масса пленок составляет 7-10 мкг; отклики пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками одновременно фиксируются в течение 1-2 мин и формируются в кинетический "визуальный отпечаток", по площади которого с применением градуировочного графика находят концентрацию этилового спирта.

Технический результат заключается в разработке способа быстрого определения микроконцентраций этилового спирта в парогазовых смесях с применением статического "электронного носа" (закрытая ячейка детектирования, на крышке которой закреплены пьезоэлектрические кварцевые резонаторы с пленками), позволяющего за счет применения трех различных пленок высокоселективно обнаружить присутствие паров этилового спирта и определить его концентрацию в парогазовых смесях; снизить экономические затраты за счет многократного применения пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками; повысить мобильность детектирующего устройства и проводить измерения в режиме реального времени "in situ" без длительного пробоотбора и применения специальных отборников проб.

Фиг.1 - "Визуальные отпечатки" равновесных газовых фаз стандартных растворов:

стандарт 1 - дистиллированная вода;

стандарт 2 - раствор этилового спирта в воде с концентрацией в равновесной газовой фазе 0,002 мг/м³ (выбрано для примера).

Фиг.2 - градуировочный график в координатах S=f(с_эт.сп., мг/м³).

Фиг.3 - "Визуальный отпечаток" анализируемой пробы парогазовой смеси, содержащей неизвестную концентрацию этилового спирта.

Способ определения микроконцентраций этилового спирта в парогазовых смесях реализуется следующим образом. На крышке статического "электронного носа" укрепляют 3 масс-чувствительных пьезоэлектрических кварцевых резонатора с базовой частотой колебания 40 МГц, на электроды каждого из которых с двух сторон равномерно нанесены микрошприцем определенные объемы растворов соответственно полиэтиленгликоль себацината, полиэтиленгликоль сукцината и Тритона Х-100 с последующим статическим испарением свободных растворителей в сушильном шкафу. После удаления растворителей масса пленки составляет 7-10 мкг.

Три масс-чувствительных пьезоэлектрических кварцевых резонатора с пленками - минимальное число измерительных элементов в матрице для осуществления способа и получения достоверных результатов.

Построение градуировочного графика. Готовят серию стандартных водных растворов этилового спирта с концентрацией паров в равновесной газовой фазе 0-0,01 мг/м³. Отбирают 3 см³ водно-спиртовой смеси и помещают в бюкс объемом 10 см³.

После насыщения газовой фазы парами этилового спирта через полиуретановую мембрану отбирают шприцем 3-5 см³ равновесной газовой фазы. Пробу быстро инжектируют в ячейку детектирования. Одновременно фиксируют частоту колебания трех пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками в течение 1-2 мин и по этому сигналу строят лепестковую диаграмму - кинетический "визуальный отпечаток" равновесной газовой фазы водных растворов этилового спирта (фиг.1). Рассчитывают площадь "визуального отпечатка" и строят градуировочный график в координатах S=f(с_эт.сп., мг/м³) (фиг.2).

В идентичных условиях анализируют пробы парогазовых смесей с неизвестной концентрацией этилового спирта, строят "визуальные отпечатки" сигналов пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками (фиг.3). Рассчитывают площадь "визуального отпечатка" (S, отн.ед.²) и по градуировочному графику (фиг.2) находят концентрацию этилового спирта (с_эт.сп., мг/м³).

Регенерацию закрытой ячейки детектирования и пленок производят осушенным лабораторным воздухом, подающимся в ячейку детектирования с помощью компрессора в течение 10 с. В качестве осушителя применяется силикогель.

Способ поясняется следующим примером.

Пример. Продемонстрируем способ на примере анализа парогазовой смеси, содержащей неизвестную концентрацию этилового спирта (отработанный воздух дрожжерастильного аппарата).

Электроды 3-х пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками с собственной частотой колебания 40±5 МГц модифицировали с двух сторон равномерным нанесением микрошприцем ацетоновых растворов соответственно полиэтиленгликоль себацината, полиэтиленгликоль сукцината и Тритона Х-100 так, что после статического испарения свободных растворителей в сушильном шкафу в течение 20 мин при температуре не более 40°С масса пленки составила 7-10 мкг.

Пробоподготовка анализируемых образцов заключалась в следующем. Готовили серию стандартных водных растворов этилового спирта с концентрацией паров в равновесной газовой фазе 0-0,01 мг/м³. Отбирали 3 см³ водно-спиртовой смеси и помещали в бюкс объемом 10 см. После насыщения газовой фазы парами этилового спирта в течение 10-15 мин через полиуретановую мембрану отбирали шприцем 3-5 см³ равновесной газовой фазы.

Пробу инжектировали в ячейку детектирования. Одновременно фиксировали частоту колебаний всех пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками в течение 1-2 мин, суммарный сигнал которых формировали в виде кинетических "визуальных отпечатков" равновесной газовой фазы водных растворов этилового спирта. Рассчитывали площадь "визуального отпечатка" и строили градуировочный график в координатах S=f(c_эт.сп., мг/м³).

В идентичных условиях анализировали пробу парогазовой смеси с неизвестной концентрацией этилового спирта (с_эт.сп.., мг/м³), строили "визуальный отпечаток" сигналов пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками (фиг.3). Рассчитывали площадь (S, отн.ед.²) и по градуировочному графику (фиг.2) находили концентрацию этилового спирта (С_эт.сп.., мг/м³).

Концентрация этилового спирта в анализируемой пробе составила 0,0053 мг/м³.

Для регенерации закрытой ячейки детектирования и пленок сорбентов систему продували осушенным лабораторным воздухом в течение 10 с. В качестве осушителя применяли силикогель.

Продолжительность анализа с учетом пробоподготовки составляет 10-15 мин, время измерения - 2 мин, число измерений без обновления массива сенсоров - 100. Повторное нанесение пленок на электроды пьезоэлектрических кварцевых резонаторов - не более 45 мин.

Способ осуществим. Возможно определение микроконцентраций этилового спирта в парогазовой смеси.

Изменение массы пленок на электродах пьезоэлектрических кварцевых резонаторов, природы нанесенных на электроды растворов сорбентов, алгоритмов обработки аналитической информации, уменьшение числа сенсоров приводит к увеличению ошибки анализа, малому различию "визуальных отпечатков" стандартов и анализируемых образцов, ухудшает метрологические характеристики способа. Увеличение числа измерительных элементов в матрице больше трех приводит к перенасыщению информацией "визуального отпечатка" и снижению правильности определения.

Как следует из примера, фиг.1, 2 и 3, предлагаемый способ позволяет: быстро определять микроконцентрации этилового спирта в парогазовой смеси; обеспечить высокую чувствительность определения, повысить экономичность и мобильность анализа, а также снизить временные затраты на пробоотбор и пробоподготоовку.

Способ определения микроконцентраций этилового спирта в парогазовых смесях, заключающийся в отборе 3-5 см³ анализируемой парогазовой смеси, введении пробы в закрытую ячейку детектирования, на крышке которой закреплены 3 пьезоэлектрических кварцевых резонатора с базовой частотой 40 МГц, на электроды каждого из которых с двух сторон нанесены растворы, соответственно, полиэтиленгликоль себацината, полиэтиленгликоль сукцината и Тритона Х-100 так, что после удаления свободных растворителей масса пленок составляет 7-10 мкг, отклики пьезоэлектрических кварцевых резонаторов с пленками одновременно фиксируются в течение 1-2 мин и формируются в кинетический «визуальный отпечаток», по площади которого с применением градуировочного графика находят концентрацию этилового спирта.