Способ определения диметилдиоксана в воздухе

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу определения 1,4-диметилдиоксана (диметилдиоксана) в воздухе, и может найти применение в лабораториях, осуществляющих контроль окружающей среды. Предложен способ определения диметилдиоксана в воздухе путем его концентрирования с помощью силикагеля, последующего элюирования водным раствором аммиака, обработки элюата раствором п-диметиламинобензальдегида и концентрированной серной кислотой и последующего фотометрирования, при этом перед обработкой раствором п-диметиламинобензальдегида элюат подвергают барботированию газообразным азотом. Технический результат - разработка способа определения диметилдиоксана в воздухе, загрязненном легколетучими непредельными углеводородами (C₁-С₆).

 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу определения 1,4-диметилдиоксана (диметилдиоксана) в воздухе, и может найти применение в лабораториях, осуществляющих контроль окружающей среды.

Известен способ определения диметилдиоксана в воздухе путем пропускания анализируемого воздуха через поглотительный прибор с поглотителем, в качестве которого используют раствор серной кислоты, последующей обработки концентрата хромотроповой кислотой и фотометрирования полученного раствора, окрашенного в результате взаимодействия хромотроповой кислоты с формальдегидом - продуктом гидролиза диметилдиоксана (Перегуд Е.А., Гернет Е.В. Химический анализ воздуха промышленных предприятий. - Л.: Химия, 1970, стр.218).

Недостатком метода является недостаточная чувствительность (4мг/м³) для анализа атмосферного воздуха, для которого нормируемое содержание диметилдиоксана не должно превышать 0,01 мг/м³.

Известен способ определения диметилдиоксана в воздухе путем пропускания анализируемого воздуха через поглотительный прибор, содержащий дистиллированную воду, обработки полученного концентрата раствором п-диметиламинобензальдегида, концентрированной серной кислотой и фотометрирования полученного раствора, окрашенного в результате взаимодействия диметилпропандиола - продукта гидролиза диметилдиоксана в кислой среде (в результате гидролиза диметилдиоксана образуется формальдегид и диметилпропандиол) с п-диметиламинобензальдегидом ("Методические указания по измерению концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны". Перераб. и доп. технические условия. Вып.№10. Минздрав СССР, 1988, стр.40).

Недостатком метода является недостаточная чувствительность (1,5 мг/м³).

Известен способ определения диметилдиоксана в атмосферном воздухе концентрированием его путем пропускания анализируемого воздуха через поглотительный прибор, содержащий силикагель, из которого диметилдиоксан извлекают этанолом, элюат обрабатывают раствором п-диметиламинобензальдегида, серной кислотой и фотометрируют ("Химическая промышленность и промышленность по производству минеральных удобрений". Серия: охрана окружающей среды и очистка промышленных выбросов. Экспресс-информация. Отечественный производственный опыт. Вып.1, М., 1988).

Недостатком способа является высокая погрешность и низкая воспроизводимость результатов анализа, что объясняется мешающим влиянием примесей, содержащихся в этаноле.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения диметилдиоксана в атмосферном воздухе путем его концентрирования с помощью силикагеля, последующего элюирования раствором аммиака, разбавленным дистиллированной водой в объемном соотношении аммиак: вода 3:7, обработки аликвоты элюата раствором п-диметиламино-бензальдегида и концентрированной серной кислотой при температуре 90-100°С в течение 5 мин и последующего фотометрирования (Патент РФ №2187095, МПК⁷ G 01 N 30/06, G 01 N 21/78, опубл.10.08.2002).

Недостатком способа является низкая селективность: сопутствующие примеси непредельных углеводородов в условиях анализа вступают во взаимодействие с серной кислотой с образованием кислых эфиров серной кислоты, которые затем гидролизуются до спирта, реагирующего с диметиламинобензальдегидом аналогично диметилдиоксану, и приводят к получению завышенных результатов анализа.

Задачей изобретения является разработка способа определения диметилдиоксана в воздухе, загрязненном легколетучими непредельными углеводородами (C₁-С₆).

Поставленная задача решается способом определения диметилдиоксана в воздухе путем его концентрирования с помощью силикагеля, последующего элюирования водным раствором аммиака, обработки элюата раствором п-диметиламинобензальдегида и концентрированной серной кислотой и последующего фотометрирования, при этом перед обработкой раствором п-диметиламинобензальдегида элюат подвергают барботированию газообразным азотом.

Отличием предлагаемого изобретения от наиболее близкого технического решения является то, что осуществляют барботирование элюата газообразным азотом перед обработкой его раствором п-диметиламинобензальдегида.

Изобретение позволяет повысить избирательность методики, точность и воспроизводимость результатов анализа, благодаря тому, что при барботировании элюата азотом достигается отделение диметилдиоксана от мешающих определению примесей - удаление легколетучих неполярных соединений, в том числе непредельных углеводородов (бутиленов, амиленов, изопрена, гексена).

Доступность и экспрессность способа, а также достаточная точность получаемых результатов обеспечивают возможность осуществления санитарного контроля атмосферного воздуха на содержание диметилдиоксана, что указывает на соответствие критерию "промышленная применимость".

Изобретение осуществляется следующим образом:

В два видоизмененных поглотителя Зайцева помещают по 3 см³ силикагеля, измельченного и просеянного с отбором фракций (0,5-1,6) мм. В выходной штуцер каждого поглотительного прибора помещают небольшой тампон из стекловолокна (для предотвращения перебрасывания силикагеля). Поглотители соединяют последовательно с помощью резиновой трубки. Соединения выполняют встык. На выходе второго поглотителя устанавливают ловушку-поглотитель любого исполнения, соединенный с аспиратором. Устанавливают скорость воздуха 7 дм³/мин и пропускают анализируемый воздух через поглотители в течение 30 мин. Отмечают температуру и барометрическое давление при отборе пробы.

В каждый поглотитель (силикагель, переброшенный в ловушку, переносят во второй поглотитель) вносят пипеткой по 7 см³ водного раствора аммиака, закрывают трубки резиновыми пробками и интенсивно встряхивают в течение 10 мин. Затем растворы фильтруют (отдельно из каждого поглотителя) через бумажные фильтры "белая лента" в мерные цилиндры вместимостью 10 см³ или пробирки диаметром (12-13) мм. В каждый фильтрат в пробирке погружают узкий конец стеклянной трубки, выполненной в виде пипетки с внутренним диаметром носика (1-2) мм, другой конец трубки соединяют с помощью резиновой трубки с линией газообразного азота и проводят барботирование элюата при скорости подачи азота, обеспечивающей образование 3-4 пузырьков в секунду, в течение 5-15 минут.

Каждый подготовленный фильтрат анализируют отдельно. В мерную колбу вместимостью 25 см³ вносят пипеткой 3,0 см³ фильтрата, приливают 0,5 см³ раствора п-диметиламинобензальдегида, колбу помещают в стакан с охлаждающей смесью изо льда и воды и выдерживают 10 мин. Колбу в охлаждающей смеси помещают под бюреткой, заполненной концентрированной серной кислотой, и приливают в колбу 6 см³ кислоты со скоростью по одной капле в 1-2 секунды при перемешивании. Затем раствор выдерживают 5 мин в водяной бане при температуре (95±5)°С, охлаждают и замеряют оптическую плотность в кюветах с толщиной слоя 30 мм при длине волны (500±10) нм по отношению к дистиллированной воде.

В аналогичных условиях проводят контрольный опыт на реактивы: к 3 см³ силикагеля приливают 7 см³ раствора аммиака, перемешивают 10 мин и продолжают, как в рабочем опыте. По разности оптических плотностей рабочего и контрольного опытов по градуировочному графику находят соответствующее значение содержания ДМД в фотометрируемом растворе.

Градуировочный график строят с 0,5; 1.0; 1,5; 2,0; 2,5 см³ раствора диметилдиоксана с концентрацией 0,005 мг/см³ в условиях проведения анализа.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

С целью установления полноты определения диметилдиоксана выдувают известное его количество, помещенное в стеклянную ампулу с сифоном и полусифоном, воздухом, подаваемым со скоростью 7 дм /мин в последовательно соединенные два поглотительных прибора Зайцева, содержащие по 3 см³ силикагеля с размером зерен 0,5-1,6 мм. Введено 0,0095 мг диметилдиоксана. Продолжительность продувания 30 мин. По окончании выдувания поглотители отсоединяют от пробоотборной системы, вливают в каждый поглотитель по 7 см³ аммиака, разбавленного водой в соотношении 3:7, взбалтывают 10 мин, элюаты фильтруют в мерные цилиндры вместимостью 10 см³ через бумажные фильтры "белая лента".

В каждый фильтрат в пробирке погружают узкий конец стеклянной трубки, выполненной в виде пипетки с внутренним диаметром носика 1-2 мм, другой конец трубки соединяют с помощью резиновой трубки с линией газообразного азота и проводят барботирование жидкости при скорости подачи азота, обеспечивающей образование 3-4 пузырьков в секунду, в течение 10 минут.

Подготовленные фильтраты из каждого поглотителя анализируют отдельно. В мерную колбу вместимостью 25 см³ вносят пипеткой 3,0 см³ фильтрата, приливают 0,5 см³ раствора диметиламинобензальдегида, колбу помещают в стакан с охлаждающей смесью изо льда и воды и выдерживают 10 мин. Колбу в охлаждающей смеси помещают под бюреткой, заполненной концентрированной серной кислотой, и приливают в колбу 6 см³ кислоты со скоростью по одной капле в 1-2 секунды при перемешивании. Затем раствор выдерживают 5 мин в водяной бане при температуре (95±5)°С, охлаждают и замеряют оптическую плотность в кюветах с толщиной слоя 30 мм при длине волны (500±10) нм по отношению к дистиллированной воде.

В аналогичных условиях проводят контрольный опыт на реактивы: к 3 см³ силикагеля приливают 10 см³ раствора аммиака, перемешивают 10 мин и продолжают, как в рабочем опыте. Оптическую плотность контрольного опыта вычитают из плотности рабочего опыта.

Результаты измерений: в первом поглотителе найдено 0,0075 мг, во втором поглотителе - 0,0015. Всего найдено 0,0090 мг диметилдиоксана.

Пример 2

С целью подтверждения эффективности предложенного способа для определения диметилдиоксана в воздухе, содержащем непредельные углеводороды, проводят опыт: выдувают известные количества диметилдиоксана (0,005 мг) и изопрена (0,14 мг), помещенные в одну и ту же стеклянную ампулу с сифоном и полусифоном, воздухом, подаваемым со скоростью 7 дм³/мин в последовательно соединенные два поглотительных прибора Зайцева, содержащие по 3 см³ силикагеля с размером зерен 0,5-1,6 мм. Продолжительность продувания 30 минут. Далее анализ продолжают в соответствии с примером 1.

Результаты измерений: в первом поглотителе найдено 0,0047 мг, во втором поглотителе - 0 мг. Всего найдено 0,0047 мг диметилдиоксана.

Пример 1 показывает, что отклонение результата анализа от заданной величины находится в допустимых пределах.

Пример 2 показывает достоверность результата анализа пробы, содержащей изопрен в количестве, в 28 раз превышающем содержание диметилдиоксана.

Способ определения диметилдиоксана в воздухе путем его концентрирования с помощью силикагеля, последующего элюирования водным раствором аммиака, обработки элюата раствором п-диметиламинобензальдегида и концентрированной серной кислотой и последующего фотометрирования, отличающийся тем, что перед обработкой раствором п-диметиламинобензальдегида элюат подвергают барботированию газообразным азотом.