Способ определения аэрозолей серной кислоты и сульфатов
Изобретение относится к способу определения аэрозолей серной кислоты и сульфатов, может быть использовано в химической промьштенностии позволяет повысить точность и чувствительность определения. Осуществляют термическое разложение серной кислоты и сульфатов до диоксида серы сжиганием фильтра, внесенного в накаленную кварцевую трубку с проницаемой для газа перегородкой иа слое катализатора из закиси-окисикобальта, взятого 5-100% от массы носителя -термостойкого легковесного огнеупорного кирпича с размером частиц 0,25-0,5 мм И объемом пор 1,5-3,0 см нагретого до температуры 950-1050 с, Продукты сгорания через азрозольный фильтр поступают с током газа в анализатор диоксида серы, сигнал которого .регистрируется прибором, з,п,ф-лы,6 табл. Р S С яА Ю сл ч| ал
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (д) 4 G 01 N 31/12
ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ
СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И СУЛЬФАТОВ (57) Изобретение относится к способу определения аэрозолей серной кислоты и сульфатов, может быть использовано в химической промышленности и позволяет повысить точность и чувствительность определения. Осуществляют термическое разложение серной кислоты и сульфатов до диоксида серы сжиганием фильтра, внесенного в накаленную кварцевую трубку с проницаемой для газа перегородкой на слое катализатора из закиси-окиси кобальта, взятого
5-100Х от массы носителя -термостойкого легковесного огнеупорного кирпича с размером частиц 0,25-0,5 мм и объемом пор 1,5-3,0 см, нагретого з до температуры 950-1050 С. Продукты сгорания через аэрозольный фильтр поступают с током газа в анализатор диоксида серы, сигнал которого .регистрируется прибором.! з.п.ф-лы,6 табл.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3667047/23-26 (22) 20. 09.83 (46) 15.09.86 Бюл. ¹ 34 (71) Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова (72) Н.Ш.Вольберг и О.П.Шарикова (53) 54-138(088.8) (56) Руководство по контролю загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1979, с.107.
International operations hand
book for measurement of Ьаскягоипй
atmospheric pollution. MMO-N49 1, Secretariat of the World meteorological
Organization-Geneve-Switzerland, 1978.
Husar I.D., Husar R.Â., Ь.Synck, Anal. Chem, 1975, 47, 12, 2062.
„„Я0„„1257513 А 1
12575
Изобретение от11асится к аналити=ческай химии и мажет быть испОльзовано прп анализе воздуха на содержание аэрозолей серной кислоты и супьфатов.
Цел- Ii=обретения — повьпиение точности Ii uyBcrBIITc b»ocrII определения.
Определен11е серной кислоты и сульфатов праззадят разз1ожеьпIем их да диоксида cc pbi путем сажже!пзя co Bc!ib!III кай филь гра, который вносят B нака- 10 ленну1о кварцевую трубку с проницаемой для газа перегородкой, установленную вертикально. Через трубку сззерху вниз е пропуска;от ноток кислородсодержащего газа> например, воздуха. Количества 15 образовавшсгocH диоксид;.1 серы, порциопальное садержа1гпю сульфатов в пробе, определяют известным способом, например кулопометричесicHM.
А11ап"-1з производится следу1ощим об- 20 раз Ом.
В (1TIcDI! rI III Bc!Dxl!HII конец HBI pBToé до 950 С кварцевой трубки 1 вносят анализируемый фильтр {без какой бы то
1111 было прсдззарительной обработки) .
Фплт.тр падает H нагрету1о зону и сгорает °
Продукты сгорания через аэрозольпый фильтр паступа1от с током газа B
30 аиаз1изатО1з диакс-IgB copbi> сигнал IcoTQ рого регистрируется прибором. Показапия р= ãèñòðèðóþùåãî прибора записываются в виде пиков, высота и площадь IcOT opbrê прапОрциопальна с одер жанию сульфатов в анализируемом филь- З5 тре, Перед началом анализа прибор калибруется па фильтрам, содержащим известные количества серной кислоты или сульфата амман!1, Сожзкение согласно изобретению фззльтра с пробой в накаленной кварцеBoil трубке, установленной всртикально, обеспечивает практически bii новенпое попадание его в нагретую зону и очень быстрый нагрев. При этом теплоьзая энергия вспьпикп суммируется с тепловой эпергией, получаемой фильтром от нагретой трубки. В этом слу-raL температура, воздействую1цая на 0 пробу, превьш1ает температуру
Это позззаляет получать пол 1ый количестве11«ый выход диоксида серы, поддер.".;ивая температуру печи более низкую, чем температура разложения сульфатов. Это способствует увеличе1шю продолжительно<-.тп эксплуатации печи. о
Так, при 1100 С cpnic службы печи сос тавляет 1-2 недели, тогда как прп
13 2
950 С, которая достаточна для полного разложения даже сульфата натрия, срок служб1и печи возрастает до года.
Чувствительность определения диоксида серы кулонометрическим методом составляет 2-3 нг 1з пробе. Однако при сожжении фильтра со вспьиикой эта чувствительность не реализуется из-за отрицательнога влияния продуктов неполного сгорания фильтра и наличия серы в материале фильтра. Продукты неполного сгорания существенно увеличивают величину холостой пробы, что приводит к соответствующему ухудшению чувствительности определений и росту погрешностп метода.
Избежать отрипательпаго влияния продуктов неполного сгорания фильтра уцалось путем дожигания их на слое специально подобранного высокоактивного катализатора, находящегося в трубке для соззокения.
В результате проведенных исследований были найдены условия, при которых закись-окись кобальта обеспечивает полное колпчествеыное окисление продуктов неполного сгорания материала фильтра, не задерживает и не
1окисляет диоксид серы: содержание
СО О,1 5-100% от веса носителя, размер зерен О, 25-0,5 мм, объем слоя 1,53 см, температура 950-1050 С.
Катализатор готовится путем нанесения на термостойкий пористый носитель (например, легковесный огнеупорный кирпич) нитрата кобальта с последующим прокаливанием. Количество
СО„О составляет 5-100% от веса носи3 теля. При уменьшении концентрации 5% СО 0,1 катализатор неполностью акисляет продукты неполного сгорания материала фильтра, что выражается в увеличении показаний прибора при анализе холостой пробы
{табл.1)..При увелччении количества
Со, 0„ более 100% от веса носителя образуется пылевидный продукт, который выносится из слоя катализатора и поглощает диоксид серы в менее нагретых частях газового тракта.
Оптимальньи размер зерен катализатора составляет 0,25-0,5 мм. При уменьшении размера, зерен меньше
0,25 мм значительно возрастает сопротивление слоя катализатора потоку газа, что приводит к уменьшению его расхода и увеличенгно продолжительности выхода прибора на показания
1257513 (табл. 1) . При величине зерен более
0,5 мм начинает увеличиваться праскок несгоревших продуктов, что приводит к возрастанию значения холостой пробы, а следовательно, к уменьшению 5 чувствительности определений.
Оптимальный объем слоя катализа9 9 тора 1,5-3 см . При меньших чем 1,5 см объемах »е обеспечивается полнота дожигания продуктов неполного сожжения фильтра, что выражается в росте величины холостой пробы (табл.2).
Увеличение объема выше 3 см приводит к возрастанию времени выхода регистрирующего прибора »а показания, что приводит к скч1же1»ию точности измерений и произнсдительности труда.
Наиболее существенным является выбор необхадиь1ай температуры нагрева трубки с катализатором, величина которой должна быть, с одной стороны, достаточна для обеспечения полноты дожигания органических продуктов и отсутствия сарбции диоксида серы, а, с другой стороны, не приводит к быс:— трому выходу печи из строя. Как видно из табл.3, IIp11 температуре ниже г о
9зО С начинает возрастать величина холостой пробы» < »II>IIawI выход диоксида серы при анализе, т.е. ухудшаться чувствительность и точность.
Верхняя гра»ица »агрена 1050 С
o . температура, выше которой быстро начинает сокрашаться срок службы печи.
Таким образам, «птималь»ой является 35 температура 950-1050 С.
Пример приготовления катализатора.
10 г драбленога легковесного огнеупорного кирг<ича (фракция 0,25 4О
0,5 мм) смешивается с 20 г расплан— ленного B кристаллизационн< и наде нитрата кобальта СО(ЕО,,) " 68„0 и выз 2 сушинается при периодическом помешивании при 150 1:, а затем прокалинает-45 о, о, ся при 700 С в течение 2 ч.
Пример реализации способа.
Способ был реализован с помощью установки, собранной из доступного и изготовляемого серийно оборудования 50 и материалов, кварцевой трубки, диаметром 18 мм, »агренаемой при помощи трубчатой печи (марки СУОЛ О, 15, 1: 1, 12ИР-fl3), Для о<1редел ения образующегося диоксида серы использовали куло-55 наметричесний газаанализатор Лтмосфера 1", ячейка которого была саеди—
»ена с самоп11шущим патенциометрам.
В табл.4 приведены данные, полу-. ченные при сожжении бумажных фильтров (средние значения из 7 измерений), на каторые наносилцсь известные количества серной кислоты или сульфата аммония.
Как видно из приведенных данных, стандартное отклонение даже для количеств ЯО 0,5 мкг составляет 8,97.
Достоинствами предлагаемого способа, по сравнен»но с ториновым, выбранным и качестве базового объекта, являются упрощение и ускорение проведения анализа, повышение ега точности и чувствительности.
Упрощение и ускорение пранедепия анализа согласно изобретению достигается уменьшением количества операций (табл .5) .
Таким образам, продолжительность одного анализа при использовании предлагаемого способа сокращается почти »а час при существенном уменьшении (с 15 до 2) числа операций и их упрощении. При использонани11 быстродействующих анализаторов серы продолжительность анализа будет еще меньше.
Внесение фильтра в нертикальную трубку и сожжение со вспышкой дает целый ряд преимуществ по сравнегп1ю с прототипом.
В предлагаемом способе температуру нагрева с»иж<нот благодаря тому, что фильтр пад влиянием силы тяжести па— падает в нагретую зону практически мгновенна, тепловая энергия, ныделяю— щаяся при IIc»IIIIII Возможность сожжения при 950 С позволяет применять для нагрева обычные трубчатые печи и обеспечивает большую продолжительность работы — да нескольких сотен часов. В то же время используемая и прототипе вольфра мовая лодочка выходит из строя после 40 анализов, т.е. за несколько часов работы. Исключение операции извлечения сульфатов с фильтра существен»с сокращает затраты труда. Преллагаемый S 12575 способ исключает погр !I!floeòü загрязнения пробы сульфатами, содержащимися в воде. Кроме того, точност!. BIIBJlffза в IIpeAJfBI Be>fOM CfIOCO6e PnBpBCTBeT 1IO сравнению с прототипом, Г>лагс даря меньшему влиянию рязли>!ных мешающих примесей, вносимых с посудой и реактивами. Наличие открытого верхнего конца трубки для сожжения весьма облегчает автоматизацию анализа, достаточно подклк>чить к прибору TpBHcr>npTep, обеспечивающий подачу и сбрасывание ф льтров в трубку через установленные интервалы времени. Лвтомат>!>!ескяя подача проб H пр«Tnтине практически невозможна. Результаты измерений серии нанеceIIHblx lIHIePorfIfIIeTKoЙ на с>ильTPbl одинаковых проб серной кислоть>, прояня >лизировс!нных базовь>м и гредлягаемым СПОСОбаМИ, СЛЕJfgrfe»ff>fe МКГ: ))рс .7!лс!гBeìûé снос об 25 1,0 О,99 1,0 0,99 0,95 30 0,99 0,99 БЯЭОВ1 !1! 0,85 0,93 0,85 1,4 1,0 0,85 1,3 С р е д е 1 !. с . к в я, ц > я т f > f I I > > e > т к > > о н е / ! 1 е ! .. — мерений llo 6>яз!>вому c Hoe обу cc>l..тяв.35 ;1 б л и ц а 1 1(.)0 110! 5> 10 В1:>ход 80 i!pl l я IB— лизе, 7 1ОО 100 1()О! ()О 1 ! О,) > О, "-> 0,35 О, > Размер >с рс н катализ«торя мм 0,7 10 )(Время алых»ля !риборя >Я ПОКЯЗBIIII>I, М»Н! 15 Коти)честно катя>п>зя 1 оря, X ОТ ВЕС Я 1!ОС»ТЕ>111 Велич»ня олс>стой пробы (среднее из пяти зна ений) у Jl. ед. Вели гиня хопо< той lfp< 61 > (среднес из пяти значеlпп! ) в ус н . eJI . 13 Ь ляет 0,23 мкг (23K), а по предлагаемому — 0,017 мкг. Иэ приведенных данных видно, что величина среднего квадратичного от-. клонения измерений, выполненных предлагаемым способом, почти в 14 раз мены!)е, чем у базового, что свидетельствует о более высокой чувствительности и точности предлагаемого способа. Формула изобретения 1. Способ определения аэрозолей серной кислоты и сульфатов путем термического разложения последних до диоксида серы, о тл и ч а ющи и с я тем, что, с цельк> повышения точности и чувствительности ol!perfeления, исследуемый материал предварительно наносят на фильтр иэ горк>чего материала, а термическое. разложение ведут сжиганием фильтра ня слое катализатора из закис»-окиси коГ>я>)ьта, нанесенн!>го в кс>;.11честве 5-1002- от массы носителя термостойкого легковесного o1 íeóïnðf1îãñ кирпича с размером частиц 0,25-0, .> и., объемом пор 1,5см, нягрс.то>. о ло 950-1()50 С. Ъ о 2. Споce>6; > ».1, о т л и ч а к>шийся 1!, HTO про»есс с>ки!.BHIlff в вс )>! !>! «Jlf>!!oil кварцевой трубке, зяполненн >й катал»затором и в верх ffeй ее !лс и !)>»л11э > ром. 1 25751 3 Та блица 2 1 1,5 2 3 4 Объем слоя катализатора, см Величина холостой пробы (среднее из пяти значений) усл.ед. 10 10 10 10 Время выхода, регистрирующего прибора на показания, мин 5 15 Таблица 3 500 600 700 825 900 925 950 1000 1050 1050 Температура, С 3,1 2,5 2,2 2,1 2,0 0,8 0.,6 0,6 . 0,6 0,6 0 0 0 68,2 90,4 98,7 98,9 98,8 98,7 98,8 Таблица 4 Среднее квадратичное отклонение результатов измерений Показания прибора за вычетом значения холостого опыта, мкА Н, $0, (МН, ), S04 ЯО Н ЯО4 (NH ) S04 Н S0g (NH ) 80 0,6 15,3 15,3 1,4 8,9 1,3 8,2 32,8 34,1 0,88 1,6 2,9 4,6 2,4 2,1 1,8 0,9 2,0 1,5 Таблица 5 Ториновый метод (базовый объект) Предлагаемый способ Операция Операция Заливка фильтра экстрагентом 0 5 Экстракция сульфатов 0,1 Величина холостой пробы, усл.ед. Выход диоксида серы, 7. Задано, мкг 133, 0 255,3 142,5 238,3 Продолжительность, мин Отрезание части фильтра Внесение фильтров в трубку сожжения Подолжительность, мин 1 257513 Продолжение табл.5 Ториновый метод (базовый объект) Предлагаемый способ Операция Операция 0,5 Отбор аликвоты Добавление соли бария 0,5 0,25 Перемешивание Добавление растворителя 0,5 0,25. Перемешивание 0,5 0,25 Заливка в кювету и установка кюветы 0 5 Фотометрирование Очистка кюветы Итого Ф Зависит от инерционности анализатора. Составитель 1 .Докшина Техред Л.Олейник Корректор Г.Решетник Редактор А.Долинич Заказ 4910/41 Тираж 778 Подписное ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-.полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Пропускание через ионообменную колонну Добавление торина Перемешивание Созревание Продолжительность, мин Продолжительность измерения на кулонометрическом анализаторе Подолжительнопть, мин
