Способ изготовления стандартных образцов атмосферных аэрозолей, нагруженных на фильтр

 

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способам изготовления синтетических стандартных образцов, имитирующих по составу атмосферные аэрозоли, нагруженные на фильтр, и может быть использовано в количественном химическом анализе состава атмосферных аэрозолей для определения градуировочной характеристики и проверки правильности результатов анализа. В способе изготовления синтетических стандартных образцов атмосферных аэрозолей, нагруженных на фильтр, приготавливают метилцеллюлозную пленку, содержащую определяемые элементы. Затем штампуют из пленки индивидуальные экземпляры. Отобранные в заданных соотношениях навески тонкодисперсного порошка, содержащего определяемые элементы, и сухой метилцеллюлозы смешивают до получения однотонной по цвету смеси и заливают ее дистиллированной водой, нагретой до температуры 70-80°С. Тщательно перемешивают и выдерживают при комнатной температуре, перемешивая каждые 30 мин, в течение 2 ч. Способ позволяет повысить точность анализа атмосферных аэрозолей путем сближения физико-химических характеристик образцов сравнения и реальных проб аэрозолей, нагруженных на фильтр.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способам изготовления синтетических стандартных образцов, имитирующих по составу атмосферные аэрозоли, нагруженные на фильтр, и может быть использовано в количественном химическом анализе (КХА) состава атмосферных аэрозолей для определения градуировочной характеристики и проверки правильности результатов анализа.

Одной из основных трудностей при недеструктивном анализе аэрозолей является определение градуировочных характеристик методик КХА вследствие отсутствия близких по физико-химическим свойствам стандартных образцов состава аэрозолей. Использование в качестве образцов сравнения реальных проб аэрозолей, проанализированных другими методами, невозможно из-за их разрушения в процессе анализа и сложности параллельного отбора проб, одинаковых по физико-химическим свойствам. Последнее обусловлено неравномерностью распределения определяемых компонентов в сертифицируемом объекте. Обычно методики анализа аэрозолей градуируются с помощью синтетических образцов, имитирующих аэрозоли, нагруженные на фильтр [1].

Известен способ изготовления образцов сравнения путем нанесения растворов, содержащих определяемые элементы, на фильтр того же типа, который используется для отбора проб атмосферных аэрозолей [2]. Недостатком таких образцов является их неадекватность реальным пробам аэрозолей по физико-химическим свойствам, так как атмосферные аэрозоли и промышленные выбросы в атмосферу, в основном, представляют собой тонкодисперсные частицы.

Известен способ приготовления образцов сравнения путем напыления металлов на тонкие органические пленки [3]. Недостатком такого способа также является неадекватность полученных образцов реальным пробам аэрозолей, собранных на фильтр, так как элементы наносятся на пленку в атомарном состоянии и находятся на ее поверхности, тогда как частицы аэрозолей распределяются по всему объему аспирационного фильтра и представлены различными химическими соединениями.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ приготовления стандартных образцов в виде метилцеллюлозных пленок, содержащих известное количество определяемых элементов, который заключается в том, что в раствор метилцеллюлозы добавляют стандартный раствор, содержащий определяемые элементы [4]. Полученную смесь выливают на очищенную стеклянную пластину, расположенную горизонтально, и высушивают на воздухе при комнатной температуре. Из полученной полимерной пленки штампуют образцы заданного размера. Недостатком этого способа является неадекватность получаемых образцов реальным пробам аэрозолей, собранных на фильтр, по физико-химическим свойствам вследствие добавления определяемых элементов в раствор метилцеллюлозы в виде растворимых соединений. В то время как атмосферные аэрозоли и промышленные выбросы в атмосферу, в основном, представляют собой тонкодисперсные частицы, включающие нерастворимые в воде соединения металлов (алюмосиликаты, оксиды, карбонаты и др.). Различие физико-химических свойств образцов сравнения и реальных проб аэрозолей, нагруженных на фильтр, снижает точность результатов анализа атмосферных аэрозолей.

Повышение точности результатов анализа атмосферных аэрозолей путем сближения физико-химических характеристик образцов сравнения и реальных проб аэрозолей, нагруженных на фильтр, достигается в предлагаемом способе тем, что отобранные в заданных соотношениях навески тонкодисперсного порошка, содержащего определяемые элементы, и сухой метилцеллюлозы смешивают до получения однотонной по цвету смеси и заливают ее дистиллированной водой, нагретой до температуры 70-80°С, тщательно перемешивают и выдерживают при комнатной температуре, перемешивая каждые 30 мин, в течение 2 ч. Затем смесь перемешивают и медленно выливают на очищенную стеклянную пластину, расположенную горизонтально. После высушивания полимерную пленку снимают со стекла и из нее штампуют образцы заданного размера.

Пример 1 (в условиях прототипа). Применение для получения стандартных образцов атмосферных аэрозолей используемого в прототипе раствора метилцеллюлозы не дало положительных результатов вследствие агрегирования в нем частиц тонкодисперсного порошкового материала, содержащего определяемые элементы, и, как следствие, его неравномерного распределения по объему раствора. В результате даже после отбраковки около 40% экземпляров пленочных образцов относительное стандартное отклонение (S_rп), характеризующее нестабильность состава полученных экземпляров, составляет 0,12.

Пример 2 (в условиях прототипа). Получение стандартных образцов атмосферных аэрозолей путем введения тонкодисперсного порошка, содержащего определяемые элементы, в полимерный раствор, применяемый в прототипе, в виде водной или ацетоновой взвеси не привело к положительным результатам вследствие агрегирования частиц порошка и зависимости качества пленочных образцов от химического состава порошковой смеси. После отбраковки примерно 20% образцов значение S_rп, характеризующее погрешность приготовления качественных экземпляров, составляет 0,08.

Пример 3. Навеску порошка государственного стандартного образца золы-уноса углей (ГСО ЗУА-1) массой 10 г измельчают в течение 3 ч в агатовой ступке с добавлением этилового спирта. Для получения пленки навески сухой метилцеллюлозы массой 1,1 г и порошкового материала массой 0,1 г помещают в стеклянный стакан и перемешивают с помощью стеклянной палочки в течение 30 мин до получения однотонной по цвету смеси. Смесь заливают дистиллированной водой объемом 50 мл, нагретой до температуры 70-80°С, перемешивают в течение 20 мин и оставляют на 2 ч, перемешивая каждые 30 мин, для набухания полимера. Затем смесь вновь перемешивают и медленно, в течение 2 мин, выливают на предварительно очищенную с помощью поверхностно-активного вещества стеклянную пластину, расположенную горизонтально. Сухая пленка легко отделяется от стекла. Из пленки штампуются образцы заданного размера. Количество бракованных экземпляров не превышает 5%. После их отбраковки нестабильность по химическому составу индивидуальных экземпляров стандартных образцов характеризуется относительным стандартным отклонением, составляющим 0,04-0,07 в зависимости от определяемого элемента.

Аналогичные по физико-химическим характеристикам стандартные образцы аэрозолей, нагруженных на фильтр, получены на основе ГСО почв.

Разработанный способ позволяет готовить синтетические стандартные образцы атмосферных аэрозолей, нагруженных на фильтр, характеризующиеся широкими вариациями химического состава и массы (20-500 мкг/см²) порошковых частиц, что дает возможность применять их в КХА состава городских и промышленных аэрозолей.

Источники информации

1. Смагунова А.Н., Гуничева Т.Н., Карпукова О.М., Козлов В.А. Рентгеноспектральный анализ атмосферных аэрозолей (обзор). // Зав. лаб. - 1993. - Т.59, № 4. - С.20-28.

2. Russo I.В., Gutten D.R. Aerosol penetration in bulk filter samples of coastal maritime aerosols.// Atmospheric Enviroment. - 1989. - Vol.23, № 6. - P.1337-1347.

3. Maguar В., Vonmant J. Kombinierte Anwenung der Atmabsorption on onder Routgen fluorescenz beider Bestimmung Von Blei in atmospharis Chem. Technol// Z. Anal. Chem. - 1976. - Vol.280, № 2. - P.115-120.

4. Billiet J., Pams R., Hoste J. Multielement thin film standards for XRF analysis.// X-ray Spectrom. - 1980. - Vol.9, № 4. - P.206-211.

Формула изобретения

Способ изготовления синтетических стандартных образцов атмосферных аэрозолей, нагруженных на фильтр, включающий приготовление метилцеллюлозной пленки, содержащей определяемые элементы, и штампование из нее индивидуальных экземпляров, отличающийся тем, что отобранные в заданных соотношениях навески тонкодисперсного порошка, содержащего определяемые элементы, и сухой метилцеллюлозы смешивают до получения однотонной по цвету смеси и заливают ее дистиллированной водой, нагретой до 70-80°С, тщательно перемешивают и выдерживают при комнатной температуре, перемешивая каждые 30 мин, в течение 2 ч.