Экспрессный способ оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс
Владельцы патента RU 2555775:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) (RU)
Изобретение относится к аналитической химии, а может быть использовано для оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс. Для этого используют многоканальный анализатор газов (МАГ-8) с 8-мью пьезокварцевыми резонаторами, электроды которых модифицируют нанесением растворов полидиэтиленгликольсукцината, полиэтиленгликольсебацината, полиэтиленгликольфталата, полифенилового эфира, триоктилфосфиноксида, пчелиного клея, пчелиного воска и комбинированного сорбента - пчелиного клея с хлоридом железа (III). После удаления растворителя при температуре 40-50°C в течение 15-20 мин, масса пленки сорбента составляет 15-20 мкг. После этого модифицированные пьезокварцевые резонаторы помещают в закрытую ячейку детектирования МАГ-8 и выдерживают в течение 5 мин для установки стабильного нулевого сигнала. Затем в пробоотборник помещают 5,00 г измельченного образца фенолформальдегидной пластмассы, плотно закрывают полиуретановой пробкой и выдерживают при температуре 20±1°C в течение 15 мин для насыщения газовой фазы парами фенола. Затем отбирают 3 см3 равновесной газовой фазы через полиуретановую пробку и инжектируют ее в закрытую ячейку детектора МАГ-8, фиксируют в течение 120 с изменение частоты колебаний пьезосенсоров и рассчитывают площадь «визуального отпечатка» Sв.о., Гц·с по формуле Sв.о.=f(Сф), S=1959·Сф+35. Для расчета предварительно строят калибровочный график зависимости Sв.о., Гц·с от концентрации фенола Сф, мг/дм3. Если площадь Sв.о.≥130±10 Гц·с, то концентрация свободного фенола в равновесной газовой фазе над фенолформальдегидными пластмассами Сф>0,05 мг/дм3 превышает рекомендуемый уровень для пищевых пластмасс, а при Sв.о. >260 Гц·с и выше, регистрируется высокое содержание фенола и формальдегида. Изобретение позволяет быстро оценить безопасность изделий из фенолформальдегидных пластмасс с 5% погрешностью измерений. 2 ил., 1 пр.
Изобретение относится к аналитической химии газовых и воздушных сред и может быть использовано для оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс.
Технической задачей изобретения является разработка экспрессного способа оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс, позволяющего определить микроконцентрации фенола и формальдегида без предварительного концентрирования и другой многостадийной пробоподготовки с применением пьезокварцевых резонаторов с тонкопленочными покрытиями, характеризующимися высокой чувствительностью, низкими пределами обнаружения фенола, точностью, экспрессностью и селективностью анализа, объективностью измерения и принятия решения.
Для решения технической задачи изобретения предложен экспрессный способ оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс, характеризующийся тем, что в качестве тест-устройства используют массив из 8-ми пьезокварцевых резонаторов с собственной частотой колебаний 10 МГц, электроды которых модифицируют нанесением на них из индивидуальных растворов полидиэтиленгликольсукцината, полиэтиленгликоль себацината, полиэтиленгликоль фталата, полифенилового эфира, триоктил-фосфиноксида, пчелиного клея, пчелиного воска и комбинированного сорбента - пчелиный клей с хлоридом железа (III), причем модификатор наносят так, чтобы масса пленки сорбента после удаления растворителя сушкой в сушильном шкафу при температуре 40-50°C в течение 15-20 мин составила 15-20 мкг, модифицированные пьезокварцевые резонаторы помещают в закрытую ячейку детектирования многоканального анализатора газов МАГ-8 и выдерживают в нем в течение 5 мин для установления стабильного нулевого сигнала, затем в пробоотборник отбирают мелко измельченный образец фенолформальдегидной пластмассы массой 5,00 г, плотно закрывают полиуретановой пробкой, выдерживают при температуре 20±1°C в течение 15 мин для насыщения газовой фазы парами фенола, затем отбирают шприцем через полиуретановую пробку 3 см3 равновесной газовой фазы и инжектируют ее в закрытую ячейку детектирования многоканального анализатора газов МАГ-8, фиксируют в течение 120 с изменение частоты колебаний пьезосенсоров, рассчитывают аналитический сигнал - площадь «визуального отпечатка» Sв.о., Гц·с, и по градуировочному графику, построенному в координатах площадь «визуального отпечатка» Sв.о., Гц·с, от концентрации фенола Сф, мг/дм3, Sв.о.=f(Сф), S=1959·Сф+35, определяют содержание свободного фенола, причем градуировочный график строят по стандартным растворам фенола, если площадь «визуального отпечатка» больше или равна 130±10 Гц·с, Sв.о.≥130±10 Гц·с, то концентрация свободного фенола в равновесной газовой фазе над фенолформальдегидными пластмассами больше рекомендуемой для пищевых пластмасс, Сф>0,05 мг/дм3, а при превышении площади «визуального отпечатка» больше 260 Гц·с и выше, Sв.о.>260 Гц·с, фиксируется одновременно содержание фенола и формальдегида и свидетельствуют о существенной эмиссии их в воздух из изделий.
Технический результат изобретения заключается в оценке безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс, в экспрессности измерений, высокой чувствительности, низких пределах обнаружения фенола, точности, селективности анализа, объективности измерения и принятия решения.
На фиг. 1 представлены кинетические «визуальные отпечатки» откликов сенсоров в парах фенола и равновесной газовой фазе над пробами;
на фиг. 2 - градуировочный график для массива сенсоров при детектировании паров фенола (Sв.о.=f(Сф)).
Экспрессный способ оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс заключается в следующем.
На электроды 8-ми пьезокварцевых резонаторов, используемых в качестве тест-устройств, наносят из индивидуальных растворов полидиэтиленгликольсукцинат, полиэтиленгликольсебацинат, полиэтиленгликольфталат, полифениловый эфир, триоктилфосфиноксид, пчелиный клей, пчелиный воск и комбинированный сорбент - пчелиный клей с хлоридом железа (III) так, чтобы масса пленки сорбента после удаления растворителя сушкой в сушильном шкафу при температуре 40-50°C в течение 15-20 мин составила 15-20 мкг. Модифицированные пьезокварцевые резонаторы с пленкой помещают в закрытую ячейку детектирования многоканального анализатора газов МАГ-8 и фиксируют исходный («нулевой») отклик сенсоров - частоту колебания. Затем в пробоотборник отбирают мелко измельченный образец фенол формальдегидной пластмассы массой 5,00 г, плотно закрывают полиуретановой пробкой выдерживают при температуре 20±1°C в течение 15 мин для насыщения газовой фазы парами фенола. Затем отбирают шприцем через полиуретановую пробку 3 см равновесной газовой фазы и инжектируют ее в закрытую ячейку детектирования многоканального анализатора газов МАГ-8. Регистрируют с помощью компьютера с программой изменение частоты колебания пьезокварцевого резонатора с пленкой в парах фенола в течение 120 с. Рассчитывают аналитический сигнал - площадь «визуального отпечатка» откликов пьезосенсоров в парах фенола Sв.о., Гц·с (фиг. 1). Содержание свободного фенола определяют по градуировочному графику, построенному в координатах площадь «визуального отпечатка», Sв.о., Гц·с, от концентрации фенола Сф, мг/дм3, Sв.о.=f(Сф), причем градуировочный график строят по стандартным растворам фенола (фиг. 2). Если площадь «визуального отпечатка» больше или равно 130±10 Гц·с, Sв.о.≥130±10 Гц·с, то концентрация свободного фенола в равновесной газовой фазе над фенолформальдегидными пластмассами больше рекомендуемой для пищевых пластмасс, Сф>0,05 мг/дм3. При площади «визуального отпечатка» больше 260 Гц·с и выше, Sв.о.>260 Гц·с фиксируется одновременно содержание фенола и формальдегида и свидетельствуют о существенной эмиссии их в воздух из изделий.
Все измерения проводят в закрытой ячейке детектирования многоканального анализатора газов с инжекторным вводом пробы в статических условиях.
Способ поясняется следующим примером.
Пример 1.
На обезжиренные этиловым спиртом электроды пьезокварцевых резонаторов с собственной частотой колебаний 10 МГц наносят микрошприцем из индивидуальных растворов полидиэтиленгликольсукцинат, полиэтиленгликольсебацинат, полиэтиленгликольфталат, полифениловый эфир, триоктилфосфиноксид, пчелиный клей, пчелиный воск и комбинированный сорбент - пчелиный клей с хлоридом железа (III) и удаляют свободный растворитель в сушильном шкафу в течение 20 мин при температуре 45°C, располагая резонаторы строго горизонтально в держателе. Масса пленок после сушки и охлаждения составляет около 20 мкг. Подготовленные пьезокварцевые резонаторы с пленкой помещают в закрытую ячейку детектирования многоканального анализатора газов МАГ-8 и фиксируют исходный («нулевой») отклик сенсоров - частоту колебания. Дрейф «нулевой» линии после сушки составляет ±2 Гц/мин. При большем отклонении резонатор с пленкой повторно сушат. Готовят стандартные растворы фенола с концентрацией фенола от 0,10 до 1,00 мг/дм3, плотно закрывают полиуретановой пробкой выдерживают при температуре 20±1°C в течение 15 мин для насыщения газовой фазы парами фенола. Затем в ячейку вкалывают шприцем равновесную газовую фазу, содержащую пары фенола. Регистрируют с помощью компьютера с программой изменение частоты колебания пьезокварцевого резонатора с пленкой в парах фенола в течение 120 с. Рассчитывают площади «визуальных отпечатков» откликов пьезосенсоров в парах фенола Sв.о., Гц·с (фиг. 1) и строят градуировочный график в координатах площадь «визуального отпечатка» от концентрации фенола, Sв.о.=f(Сф) (фиг. 2). Для исследования берут 2 образца мелко измельченных фенолформальдегидных пластмасс (1 - деталь от пылесоса, 2 - коробка из под диска). Вкалывают в детектор шприцем равновесную газовую фазу над образцами фенолформальдегидных пластмасс, содержащую фенол. Фиксируют частотомером или с помощью компьютера с программой изменения отклика сенсора (частота колебаний) в течение 120 с. Рассчитывают в программном обеспечении площадь «визуального отпечатка» откликов пьезосенсоров в парах фенола Sв.о., Гц·с (аналитический сигнал) (фиг. 1) и по градуировочному графику (фиг. 2) находят его содержание в анализируемых пластмассах. Для первого образца Sв.о.=258,9 Гц·с, следовательно, концентрация свободного фенола в равновесной газовой фазе над данным образцом больше рекомендуемой для пищевых пластмасс. Для второго образца Sв.о.=583,7 Гц·с - в равновесно газовой фазе фиксируется присутствие фенола и формальдегида. Оба образца фенолформальдегидных пластмасс не соответствуют рекомендуемой концентрации фенола для пищевых пластмасс.
При реализации экспрессного способа оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс достигается экспрессность измерений, высокая чувствительность, низкие пределы обнаружения фенола, точность, селективность анализа, объективность измерения и принятия решения.
Способ осуществим.
Как видно из примера и фиг. 1-2, предложенный способ оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс с использованием пьезосенсоров позволяет оценить безопасность изделий из фенолформальдегидных пластмасс при применении в качестве тест-устройств пьезокварцевые резонаторы, модифицированные из индивидуальных растворов полиэтиленгликольсукцината, полиэтиленгликольсебацината, полиэтиленгликольфталата, полифенилового эфира, триоктилфосфиноксида, прополиса, пчелиного воска и комбинированным сорбентом - пчелиным клеем с хлоридом железа (III) путем нанесения их на электроды с последующей сушкой в течение 15-20 мин при температуре 40-50°C так, что масса пленки сорбента составляет 15-20 мкг, содержание фенола находят по градуировочному графику по площади «визуального отпечатка» откликов сенсоров в парах фенола.
Способ экспрессный, характеризующийся точностью определения, надежностью, высокой чувствительностью, минимальным количеством стадий и затрат на реактивы, легко осуществим, высокоселективный, применим для оценки безопасности из фенолформальдегидных пластмасс.
Изменение природы сорбента, способа формирования пленки модификатора, температуры и времени при сушке, а также ее массы не позволяет сформировать однородное тонкопленочное покрытие на поверхности пьезокварцевого преобразователя и, как следствие, приводит к снижению чувствительности и высокой погрешности определения содержания фенола и формальдегида в фенолформальдегидных пластмассах. Изменение времени регистрации аналитического сигнала сенсора при сорбции приводит к высоким погрешностям построения градуировочного графика и количественной оценки паров фенола в равновесной газовой фазе.
Разработанный экспрессный способ оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс характеризуется:
- минимальным количеством стадий;
- минимальными затратами на реактивы;
- высокой чувствительностью;
- экспрессностью;
- селективностью анализа;
- точностью (погрешность анализа 5%);
- объективностью измерения и принятия решения.
Экспрессный способ оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс, характеризующийся тем, что в качестве тест-устройства используют массив из 8-ми пьезокварцевых резонаторов с собственной частотой колебаний 10 МГц, электроды которых модифицируют нанесением на них из индивидуальных растворов полидиэтиленгликольсукцината, полиэтиленгликольсебацината, полиэтиленгликольфталата, полифенилового эфира, триоктилфосфиноксида, пчелиного клея, пчелиного воска и комбинированного сорбента - пчелиный клей с хлоридом железа (III), причем модификаторы наносят так, чтобы масса пленки сорбента после удаления растворителя сушкой в сушильном шкафу при температуре 40-50°C в течение 15-20 мин составила 15-20 мкг, модифицированные пьезокварцевые резонаторы помещают в закрытую ячейку детектирования многоканального анализатора газов МАГ-8 и выдерживают в нем в течение 5 мин для установления стабильного нулевого сигнала, затем в пробоотборник отбирают мелко измельченный образец фенолформальдегидной пластмассы массой 5,00 г, плотно закрывают полиуретановой пробкой, выдерживают при температуре 20±1°C в течение 15 мин для насыщения газовой фазы парами фенола, затем отбирают шприцем через полиуретановую пробку 3 см3 равновесной газовой фазы и инжектируют ее в закрытую ячейку детектирования многоканального анализатора газов МАГ-8, фиксируют в течение 120 с изменение частоты колебаний пьезосенсоров, рассчитывают аналитический сигнал - площадь «визуального отпечатка» Sв.о., Гц·с, и по градуировочному графику, построенному в координатах площадь «визуального отпечатка» Sв.о., Гц·с, от концентрации фенола Сф, мг/дм3, Sв.о.=f(Сф), S=1959·Сф+35, определяют содержание свободного фенола, причем градуировочный график строят по стандартным растворам фенола, если площадь «визуального отпечатка» больше или равна 130±10 Гц·с, Sв.о.≥130±10 Гц·с, то концентрация свободного фенола в равновесной газовой фазе над фенолформальдегидными пластмассами больше рекомендуемой для пищевых пластмасс, Сф>0,05 мг/дм3, а при превышении площади «визуального отпечатка» больше 260 Гц·с и выше, Sв.о.>260 Гц·с, фиксируется одновременно содержание фенола и формальдегида, что и свидетельствует о существенной эмиссии их в воздух из изделий.
