Способ определения нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов

 

Способ применим при анализе газовых выбросов производств органических красителей, эфиров, синтеза нитроспиртов. При определении нитрометана в газовой смеси нитроуглеводородов, включающем детектирование пьезоэлектрическим кварцевым сенсором, предварительно модифицированным активным сорбентом, в качестве активного сорбента (модификатора) использован триэтаноламин в количестве 8 - 16 мкг при расходе газа-носителя (воздух) 25 - 75 см³/мин при содержании нитрометана в смеси ароматических нитроуглеводородов 20 - 90 об.%. Достигается селективное определение нитрометана в присутствии ароматических углеводородов и повышение чувствительности анализа. 3 табл.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений (разделение и анализ) и может быть использовано при анализе газовых выбросов производства красителей.

Известен способ определения газов в воздухе методом пьезокварцевого микровзвешивания [G. Sauerbrey // Z. Phys. 1959. V.155.-P.206].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является способ определения нитрометана в воздухе методом газовой хроматографии с применением в качестве носителя оксида железа (Fe₂O₃), модифицированного стеариновой кислотой и октадециламином [Л.А. Дерновая, А.Е. Чалых, Ю.А. Эльтеков // Журн. физ. химии, 1993.том 67, N10. -С. 1996-2000]. Недостатком прототипа является высокий предел обнаружения.

Задачей изобретения является селективное определение нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов (нитробензол, о- и м-нитротолуолы), снижение предела обнаружения.

Поставленная задача достигается тем, что при определении нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов, включающем подготовку пробы, детектирование пьезоэлектрическим кварцевым сенсором, предварительно модифицированным активным сорбентом, новым является то, что в качестве активного сорбента (модификатора) применен триэтаноламин (ТЭА), наносимый в виде водного раствора с концентрацией 1 мг/см³ в количестве 8-16 мкг при содержании нитрометана в смеси газов 20-90 об.% и при расходе анализируемой газовой пробы 25-75 см³/мин, а детектирование осуществляют методом пьезокварцевого микровзвешивания.

Положительный эффект по предлагаемому способу достигается за счет того, что применяемый в качестве активного сорбента- модификатора (ТЭА) позволяет избирательно обнаруживать микроколичества нитрометана в анализируемой пробе (табл. 3), использование в качестве растворителя ТЭА воды позволяет получить воспроизводимый сигнал. Оптимальные масса сорбента (8-16 мкг) и расход воздуха (25-75 см³/мин) способствуют увеличению чувствительности модифицированного кварцевого сенсора.

Присутствие нитробензола, о- и м-нитротолуолов не мешает избирательно сорбировать нитрометан на модифицированных электродах кварцевого сенсора при содержании его в газовой смеси 20-90 об.%.

Способ определения нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов осуществляется в два этапа.

1) Подготовка сенсора для определения нитрометана в газовой смеси.

На обе стороны алюминиевого электрода (диаметр 5 мм, площадь 0.2 см²) пьезоэлектрического кварцевого сенсора (срез AT, плотность кварца 2600 кг/м³) с собственной частотой 9 МГц наносили микрошприцем водный раствор ТЭА в количестве 8-16 мкл (концентрация 1 мг/см³). Затем сушили в сушильном шкафу 3 ч при температуре 60^oC (этого времени достаточно для испарения растворителя).

2) Детектирование нитрометана в смеси ароматических нитроуглеводородов.

Модифицированный кварцевый сенсор помещали в ячейку детектирования. Вначале пропускали газ-носитель (воздух, расход 25-75 см³/мин) в течение 5 мин и затем анализируемую пробу (расход 25-75 см³/мин), содержащую 20-90 об. % нитрометана в течение 10 мин.

Изменение резонансной частоты сенсора (разность частот вибрации сенсора в воздухе и в анализируемой газовой пробе) вычисляли по формуле Зауербрея [G.Sauerbrey // Z. Phys. 1959.V.155.- P. 206-212].

Примеры осуществления способа Пример 1 На обе стороны электрода сенсора микрошприцем наносили 6 мкг водного раствора ТЭА (концентрация 1 мг/см³) и сушили в сушильном шкафу 3 ч при температуре 60^oC. После сушки сенсор помещали в ячейку детектирования, куда подается воздух (расход 50 см³/мин) в течение 5 мин, затем анализируемая проба (содержание нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов 20 об. %, расход 50 см³/мин) в течение 10 мин. Содержание нитрометана в газовой пробе прямо пропорционально разности частот вибрации сенсора в воздухе и в анализируемой газовой пробе. Способ неосуществим, так как фиксируемый сигнал (Δ F, Гц) нестабилен.

Продолжительность анализа, включая стадию нанесения пленки сорбента, составляет 25 мин.

Пример 2 Масса ТЭА 8 мкг, расход газа-носителя и анализируемой газовой пробы 25 см³/мин (содержание нитрометана 20 об. %). Анализировали, как указано в примере 1. Способ осуществим. Результаты определения нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 3 Масса ТЭА 8 мкг, расход газа-носителя и анализируемой газовой пробы 50 см³/мин (содержание нитрометана 90 об. %). Анализировали, как указано в примере 1. Способ осуществим. Результаты определения нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 4 Масса ТЭА 12 мкг, расход газа-носителя и анализируемой газовой пробы 50 см³/мин (содержание нитрометана 90 об. %). Анализировали, как указано в примере 1. Способ осуществим.

Результаты определения нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 5 Масса ТЭА 12 мкг, расход газа-носителя и анализируемой газовой пробы 75 см³/мин (содержание нитрометана 90 об.%). Анализировали, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как наблюдается разрушение поверхности пленки сорбента.

Пример 6 Масса ТЭА 16 мкг, расход газа-носителя и анализируемой пробы 50 см³/мин (содержание нитрометана 90 об.%). Анализировали, как указано в примере 1. Способ осуществим.

Результаты определения нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов предлагаемым способом приведены в табл. 1.

Пример 7 Масса ТЭА 20 мкг, расход газа-носителя и анализируемой пробы 25 см³/мин (содержание нитрометана 90 об.%). Анализировали, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как фиксируемый сигнал (Δ F, Гц) нестабилен.

Из примеров 1-6 и табл. 1 и 2 следует, что положительный эффект по предлагаемому способу достигается при массе сорбента (ТЭА) 8-16 мкг (концентрация раствора ТЭА в воде 1 мг/см³), расходе газа-носителя и анализируемой газовой пробы 25-75 см³/мин, содержании нитрометана в газовой смеси нитроуглеводородов 20-90 об.%. Эти условия позволяют определять нитрометан в смеси с нитробензолом, о- и м-нитротолуолами. При уменьшении массы сорбента (пример 1), расхода газа-носителя и анализируемой газовой пробы (пример 2) снижается чувствительность модифицированного кварцевого сенсора по отношению к нитрометану. Увеличение массы сорбента ТЭА (пример 7), расхода газа-носителя и анализируемой пробы (пример 5) приводит к разрушению поверхности пленки сорбента и нестабильному сигналу.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение имеет следующие преимущества: 1) создаются условия для селективного определения нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов (табл. 3);
2) снижаются пределы обнаружения нитрометана: по прототипу 0.25·10^-3 мг/м³, по предлагаемому решению 0.1·10^-3 мг/м³.

Формула изобретения

Способ определения нитрометана в газовой смеси ароматических нитроуглеводородов, включающий подготовку пробы, нанесение сорбента, детектирование, отличающийся тем, что в качестве сорбента применяют триэтаноламин, наносимый в виде водного раствора с концентрацией 1 мг/см³ в количестве 8 - 16 мкг при содержании нитрометана в смеси газов 20 - 90 об.% и при расходе анализируемой пробы 25 - 75 см³/мин, а детектирование осуществляют методом пьезокварцевого микровзвешивания.

РИСУНКИ

Рисунок 1