Способ определения примесей органических веществ в воздухе

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧККИХРЕСПУ 1 ЛИК 6 8 А ао О 01 ГОСУДАРСТВЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗО Ь 1 И КОМИТЕТ ТЕНИЙ И ОТН 1 ТИ ОПИСАН ИЗОБРЕТЕИДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСНО ПРИМЕСЕЙ ХЕ путем и В.Г. загр 1981 рское свидетельс кл. О 01 И 31/08 ОЯ08 07 Об 01 О(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУ аспирирования воздуха через слой адсорбента - активированного угля эк.стракции адсорбированных примесей органическим растворителем с последующим хроматографированием экстракта, о т л и ч а ю щ и й с я 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 0,4- 0,5 см/г.1019329 55 Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способамопределения примесей органическихвеществ в воздухе, и может быть ис"пользовано в лабораториях для контроля загрязнения воздушной среды.Известен способ определения примесей органических веществ в воздухе путем аспирирования воздуха через10слой активироаанного угля, экстрак"ции адсорбированных примесей органическим растворителем с последующимхроматографированием экстракта1 3.Недостатком способа является малая точность вследствие неполнойадсорбции примесей на угле в присутствии паров воды.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемым результатам является способ определения примесей органических вещества .воздухе путем предварительной осушки воздуха, аспирирования сухого воздуха через слой адсорбента - активированного угля, экстракции адсорбированных примесей органическим растворителем с последующим хроматографированием экстракта2).Недостатком способа является малая точность вследствие потерь примесей на осушительной колонне,Целью изобретения является повышение точности определения.Поставленная цель достигается тем,цто согласно способу определения при"месей органических веществ в воздухев качестве адсорбента используют ак"тивированный уголь с характеристической энергией адсорбции 2224 кДж/моль и предельным обьемом адсорбционного пространства 0,40,5 см/г.На чертеже представлены экспериментальные результаты исследованияизменения величины равновесной адсорбции органических микропримесейиз потока сухого (относительная влажность 05) и влажного (относительная влажность 953) воздуха при ихконцентрировании активными углями,имеющими различные значения энергииадсорбции. Из графика (фиг, 1) видно, чтодля активных углей, микропористаяструктура которых характеризуетсяэнергией адсорбции, изменяющейся впределах 22-24 кДж/моль, характерноминимальное снижение (или изменение)величины равновесной адсорбции при 2концентрировании органических микропримесей из влажного воздуха по сравнению с равновесной адсорбцией из сухого воздуха, те. при изменении величины концентрации примесей в воздухе в 100 раз и относительной влажности воздуха с 0,5 до 954 .величина равновесной адсорбции активных углей,микропористая структура которых характеризуется энергией адсорбции впределах 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 органическихвеществ в стационарных лабораторныхусловиях. При использовании методовконцентрирования погрешность приборов снижается, так как проводитсяанализ концентратов, а не разбавленных жидких или газовых (паровых) смесей,На графике обозначены энергия Еадсорбции кДж/моль; А /Ас ,( - отношение величин равновесной адсорбции, полученное для одного и того жеобразца активного угля при концентрировании микропримесей (пары бензола, толуола, ксилсла декана) изсухого (относительная влажность 053)и влажного (относительная влажность953) воздуха. Кривая 1 получена приконцентрировании смеси микропримесей при суммарной концентрации0,5 мг/л воздуха; кривая 2 - присуммарной концентрации 0,05 мг/л;кривая 3 - при суммарной концентрации 0,005 мг/л.Теоретическими основами предлагаемого способа является использованиеособенностей механизма адсорбции микропримесей активными углями из потока влажного воздуха, которые состоятв том, что с повышением энергии адсорбции активных углей от 8,3 до22 кДж/моль возрастает способностьорганических молекул к адсорбции вобъеме микропор как из сухого, таки из влажного воздуха, Для активныхуглей с энергией адсорбции больше24 кДж/моль для молекул воды адсорбционные силы становятся соизмеримыми с таковыми для молекул органических веществ, концентрация которыхпри типичных анализах микропримесей,загрязняющих атмосферу промышленныхпредприятий, в 1 О 5- 10 4 раз меньше,цем водяных паров,Характеристическая энергия адсорбции (Ео) и предельный объем адсорбционного пространства (д ) являются справочными параметрами микропористой структуры адсорбентов в терминологии теории объемного заполнения. Основное уравнение этой теории имеет вид; где а - равновесная величина адсорбции при относительном давлении Р/Р (или относительнойконцентрации С/С ) и температуре Т;ч - мольный объем вещества в адсорбированном состоянии;А - изменение свободной энергииадсорбции Гиббса, взятое сознаком минус:А =. -ЬО = ВТ 1 п(Р/р );коэффициент подобия, определяемый по физическим константам рассматриваемого и стандартного вещества (в качестве стандартного вещества принят .бензол);и - целочисленный параметр (дляпромышленных активных углейп=2).Предельный объем адсорбционного пространства рассчитывается по одной точке экспериментальной иэотермы адсорбции паров бензола на рассматриваемом образце активного угля:у =а г0где вели чина адсорбции а соот вет ствует экспериментальному значению по изотерме адсорбции при Р/Р = 0,17.Характеристическая энергия адсорбции вычисляется какК = ВТ 1 п(Р/Р)где РХ - равновесное давление, прикотором величина адсорбцииат, =,0,368 ао.П р и.м е р. Проводилось определение содержания органических микро- примесей в эталонной паровоздушной смеси паров бензола, толуола, ксилола и декана с суммарным содержанием органических микропримесей 0,00 12 мг/л и содержанием водяных паров 12,1 мг/л . Для этого через две последовательно соединенные трубки (6 см на 6 мм), заполнение 100 и 500 мг активированного угля (20- 35 меш), например СКТ, микропористая .структура которого характеризуется энергией адсорбции 23,5 кДж/моль и предельным объемом адсорбционногопрост ра нст ва, равным 0, М 6 см / г пропускают со скоростью 0,25 л/мин 5 лисследуемого воздуха.Уголь из трубки-концентратора пос"ле отбора пробы высыпают в охлаждаемую в электромикрохолодильнике микро"пробирку емкостью 1,0 смсодержщую 0,5 мл хроматографически чистого 10 пентана. Пробирку закрывают пробкойиз силиконовой резины и оставляют на30 мин. После этого пробку прокалывают микрошприцем и 5 мкл раствора.вводят в испаритель хроматографа. и Экстракт из второй трубки, содержащей 50 мл угля, используют какконтрольный. 8 результате хроматографического анализа установили, что впервом экстракте содержится суммарщ но 0,00551 мг загрязняющих воздухорганических веществ, во втором эк -стракте органических веществ, загрязняющих исследуемый воздух, не обна"ружено. Таким образом, по результат там анализа определено, что в расчете, на 1 л пропущенного воздуха приходится 0,0011 мг загрязняющих веществ. Истинное содержаниеорганических веществ для этого диапазона анализируемых концентраций в среднемна 20/ меньше в адсорбенте, чем ввоздухе, вследствие влияния на величину адсорбции адсорбирующихся наугле паров воды. Следовательно, результаты определения должны быть увеззличены на 204, т .е. имеем концентра-.ицию 0,0013 мг/л.Погрешность определения концентраций органических веществ, загряз"няющих воздух, в сравнении с эталонной, составляет 8, 3 Р без предварительной осушки.Для сравнительной оценки и выявления преимуществ предлагаемого способа перед известным при определениипримесей органических веществ различных классов в воздухе используют смеси паров органических веществ в потоке воздуха, приготавливаемые динамическим методом с использованием ка- .56 пиллярных натекателей 11,1Данные количественного определения паров различных классов органических веществ ;о предлагаемому способу в сравнении с известным представлены в таблице (температура 23 ОС,объем пробы воздуха, отбираемого вконцентраторе 3 л, относительнаявлажность воздуха 75/).Ч . Фало о 4 о ОЪ ОЪ сч сч л о о)Х ъ ф о сЭ Х Х е Э Х а С" о ф Э 1 СОХе е1 3Э ЭХ оо о Ч Со СО Влл о о о сЧ М М0 ОЪ ОЪ "ОЪ ОЪ ОЪ ч о ь о о о л ль о о о Ч Ф Ф ао о о мъ 0 лС 0 Ч СЧм о . .т "ф "- сЧ Чо о о о о Е Х о о аЭ Э Ю:т йС ОЪОЪ ОЪ Ч о оо ЦЪ 0Ч о ио4л1-ЪС Чое оХа иосЭЩе 3 ИсК7 10,1:9298Как видно из данных таблицы пред- - :ды, со средней относительной лагаемый способ при использовании ошибкой 19,3, в то время кактолько активного угля с.характеристи. по известному способу относитель" ческой энергией адсорбции 22- ная ошибка 96, вследствие по кДж/моль без форколонки) позво глощения анализируемых веществ форляет определять во влажном воздухе колонкой, содержащей молекулярные ., эфиры, кетоны и спирты, а также аро- сита А, серную кислоту и карбонат матические.и предельные углеводоро- ,натрия.3Составитель 8. Гладко"Редактор И, Николайчук Техред А, Ач Корректор Е. РашкоЗаказ 3693/38 Тираж 873 Подписное8 НИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий11 ОД Москваз Ж-Я Раушская наб. д. 4 Дфилиал ППП "Патент", г, Ужгород, улПроектная, 4