Способ определения водорастворимых летучих компонентов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к газохроматографическим методам анализа водорастворимых летучих компонентов и может быть использовано для качественного и количественного анализа сложных смесей веществ природного и техногенного происхождения в различных отраслях промышленности. Способ определения водорастворимых летучих компонентов включает экстракцию летучих компонентов из исходного раствора потоком инертного газа путем барботажного контакта газового потока с раствором летучих компонентов, а поток инертного газа, насыщенный летучими компонентами, барботируют через небольшой объем дистиллированной воды, который дозируют в газовый хроматограф для анализа, раствор летучих компонентов в дистиллированной воде выдерживается при меньшей температуре, чем температура исходного раствора, и перед анализом в него вводят фиксированное количество внутреннего стандарта. Устройство для реализации способа содержит последовательно соединенные блок подготовки инертного газа и два барботера, причем первый барботер заполнен пробой исходного водного раствора летучих компонентов объемом V1, а второй барботер заполнен дистиллированной водой объемом V2=0,1V1, устройство дополнительно снабжено двумя термостатами, в одном из которых термостатируют первый барботер при температуре T1 ниже температуры кипения воды, а в другом выдерживают второй барботер при температуре T2, значительно меньшей, чем T1. Техническим результатом является повышение чувствительности газохроматографического определения водорастворимых летучих компонентов и уменьшение случайных погрешностей измерения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к газохроматографическим методам анализа водорастворимых летучих компонентов и может быть использовано для качественного и количественного анализа сложных смесей веществ природного и техногенного происхождения в различных отраслях промышленности: химической, нефтяной, газовой, пищевой, медицине, экологии и др.

Газовая хроматография широко используется для контроля загрязнений окружающей среды. Анализ летучих компонентов часто проводят методом парофазного анализа (ПФА). Для контроля основных загрязнителей в водных средах разработано большое количество стандартов в США, странах ЕС и аттестованных методик в нашей стране. По анализу загрязнителей окружающей среды каждый год публикуются сотни-тысячи работ (см.: Яшин Я. И., Яшин Е. Я., Яшин А. Я. Газовая хроматография. М.: Издательство «Транс-Лит», 2009. С. 469-478.).

Известно (см.: Соколовский Э. В., Соловьев Г. Б., Тренчиков Ю. И. Индикаторные методы изучения нефтегазоносных пластов. М.: Недра, 1986. 158 с.), что на нефтяных промыслах применяют различные водорастворимые органические и неорганические вещества для индикаторных (трассерных) исследований. Наиболее сложной стадией индикаторных исследований является количественное определение в пластовых жидкостях метящего вещества. Это связано с многокомпонентным составом пластовых жидкостей и их большой загрязненностью.

Известна также аттестованная методика выполнения измерений ацетона и метанола в природных и сточных водах (см.: ПНД Ф14.1 : 4,201-03.).

Известно также использование в качестве водорастворимого трассера изопропанола, (см.: Патент РФ №2478948 от 07 июля 2011 г. /Онучак Л. А., Арутюнов Ю. И., Сизоненко Г. М., Назаргалиева А. А.// Бюл. изобр. №10 от 10.04.2013 г.).

Недостатком известных способов определения водорастворимых летучих компонентов является использование абсолютных хроматографических сигналов (площадь или высота хроматографического пика) для расчета концентраций и относительно низкая чувствительность их определения.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ определения маркеров транспортируемых нефти и нефтепродуктов, при котором летучие соединения (маркеры), в качестве которых используют алифатические одноатомные спирты с числом углеродных атомов в молекулах от трех до пяти и более или их смеси, которые экстрагируют потоком инертного газа путем барботажного контакта газового потока с раствором летучих маркеров в малолетучем растворителе (нефть и нефтепродукты), а поток инертного газа, насыщенного летучими соединениями (спиртовые маркеры и углеводороды нефти), барботируют через неполярный растворитель для удаления летучих углеводородов нефти и нефтепродуктов, затем поток инертного газа, насыщенный летучими спиртовыми маркерам, барботируют через небольшой объем дистиллированной воды для получения равновесного водного раствора спиртового маркера, который дозируют в испаритель газового хроматографа для анализа (см.: Патент РФ №2537468 от 28 марта 2013г. /Арутюнов Ю. И., Онучак Л. А., Сизоненко Г. М., Копытин К. А., Дудиков В. С. // Бюл. изобр. №28 от 10.10.2014 г.).

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для осуществления этого способа определения маркеров транспортируемых нефти и нефтепродуктов, содержащее последовательно соединенные блок подготовки инертного газа и три барботера, первый из которых заполнен пробой нефти или нефтепродукта с летучим спиртовым маркером объемом V1, второй барботер заполнен неполярным растворителем объемом V2=V1, а третий барботер заполнен дистиллированной водой объемом V3=0,1V1.

Недостатком известного способа и устройства являются относительно низкая чувствительность и прецизионность определения водорастворимых летучих компонентов.

Задачей изобретения является повышение чувствительности и прецизионности определения водорастворимых летучих компонентов.

Эта задача решается за счет того, что в способе определения водорастворимых летучих компонентов, при котором летучие компоненты экстрагируют из исходного раствора потоком инертного газа путем барботажного контакта газового потока с раствором летучих компонентов, а поток инертного газа, насыщенный летучими компонентами барботируют через небольшой объем дистиллированной воды, который дозируют в газовый хроматограф для анализа, причем раствор летучих компонентов в дистиллированной воде выдерживают при меньшей температуре, чем температура исходного раствора, а для повышения прецизионности в него вводят перед анализом фиксированное количество внутреннего стандарта.

Эта задача решается также за счет того, что в устройстве для определения водорастворимых летучих компонентов, содержащем последовательно соединенные блок подготовки инертного газа и два барботера, причем первый барботер заполнен пробой исходного раствора летучих компонентов в воде объемом V1, а второй барботер заполнен дистиллированной водой объемом V2=0,1V1, при этом устройство дополнительно снабжено двумя термостатами, в одном из которых термостатируют первый барботер при температуре T1 ниже температуры кипения воды, а в другом выдерживают второй барботер при температуре T2, значительно меньшей, чем T1.

При решении поставленной задачи создается технический результат, заключающийся в следующем:

1. Повышается чувствительность газохроматографического определения водорастворимых летучих компонентов, за счет изменения с температурой константы распределения летучих компонентов в системе «жидкость-газ». При температуре T2<T1 происходит дополнительное жидкофазное концентрирование этих компонентов в малом объеме дистиллированной воды.

2. Уменьшаются случайные погрешности измерения концентрации летучих компонентов (повышается прецизионность измерения) за счет использования для количественного анализа вместо абсолютных – относительные хроматографическихе сигналы.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Пример конкретного выполнения способа и устройства для его осуществления

На фиг. 1 схематически изображено устройство для определения водорастворимых летучих компонентов. Устройство содержит: блок подготовки инертного газа 1 и два последовательно соединенных барботера 2 и 3. Барботер 2 заполнен исходным раствором летучих компонентов и размещен в термостате 4 при температуре T1 ниже температуры кипения воды. Барботер 3 размещен в термостате 5 при температуре T2 значительно меньшей, чем T1.

Предложенное устройство работает следующим образом: пробу исходного водного раствора летучих компонентов в количестве 20 см3 заливают в барботер 2 и выдерживают в термостате 4 при температуре T1=80°С. В барботер 3 заливают 2,0 см3 дистиллированной воды и термостатируют в термостате 5 при T2=20°С. Поток инертного газа азота из блока подготовки 1 с объемной скоростью не более 10 см3/мин барботируют через два последовательно соединенных барботера 2 и 3 в течение 20 мин. После чего в барботер 3 добавляют 1,0 см3 внутреннего стандарта (выбирают для конкретного анализа). Объем вводимой пробы в хроматограф не более 5,0 мкл.

В предполагаемом способе повышение чувствительности определения водорастворимых летучих компонентов достигают за счет того, что константа распределения летучих компонентов в системе «жидкость-газ» в барботере 2 при температуре 80°С значительно меньше константы распределения этих компонентов в барботере 3 при температуре 20°С.

,

где Кс – константа распределения -го летучего компонента в системе «жидкость-газ»; и – концентрации i-го компонента соответственно в жидкой и газовой фазах.

В известном способе барботеры 2 и 3 находятся при одной температуре и их константы распределения одинаковы, поэтому эффект концентрирования компонентов в жидкой фазе отсутствует.

Эксперимент проводили на газовом хроматографе Кристалл – 5000.2 ЗАО СКБ «Хроматэк» с пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой с неподвижной фазой ПЭГ – 20 М Stabilwax (30м×0,53мм×0,5мкм) фирмы Restek (США) в изотермическом режиме. Температура колонки 80°С, температура испарителя и детектора 200°С. Расход газа-носителя водорода на выходе колонки 6 см3/мин, деление потока на входе колонки 1:12. Давление газа-носителя 15 кПа.

Экспериментальную оценку выполнения предполагаемого и известного способов определения водорастворимых летучих компонентов проводили на примере анализа модельных смесей фиксированного количества ацетона в заданном объеме воды. В эксперименте использовали две смеси с содержанием ацетона 1 мг/л и 5 мг/л. Каждую смесь подготавливали для газохроматографического анализа ацетона известным и предлагаемым способами. В качестве внутреннего стандарта в предлагаемом способе использовали этанол. Модельные смеси, полученные после пробоподготовки, хроматографировали не менее n ≥ 5 раз и определяли среднее значение измеренных концентраций. Результат экспериментального определения концентрации ацетона известным и предлагаемым способами представлены в таблице 1.

Случайную составляющую погрешности измерения ацетона рассчитывали по уравнению

,

где – относительное среднеквадратичное отклонение среднеарифметического результата измерения в процентах.

Таблица 1. Сравнительные данные экспериментальной проверки

известного и предлагаемого способов

№ п/п Исходная концентрация ацетона в пробе*1,
Сисх., мг/л
Известный способ Предлагаемый способ
Измеренная концентрация*2,
Cизм.±Sri
Измеренная концентрация*3,
Сизм.2±Sri
1 1,0 0,12±10,51 1,45±1,12
2 5,0 0,75±9,37 9,22±1,08

Примечания:

*1 Исходная концентрация ацетона определялась в модельных смесях по процедуре приготовления.

*2 Измеренная концентрация ацетона определялась по результатам двух газохроматографических анализов методом внешнего стандарта (исходная концентрация из барботера 2 и измеренная из барботера 3)

,

и – средние значения площадей пиков ацетона соответственно из барботера 2 и барботера 3.

*3 Измеренная концентрация определялась методом внешнего стандарта и дополнительного внутреннего стандарта

(см.: Зенкевич И. Г., Прокофьев Д. В. Уменьшение случайных погрешностей количественного анализа при использовании растворителя в качестве дополнительного стандарта.//Аналитика и контроль, 2016. Т. 20. №2. с. 147-163.). Измеренная концентрация предлагаемым способом для первой модельной смеси в 1,45 раз, а для второй смеси в 1,84 раза. Это вызвано эффектом концентрирования за счет увеличения значения константы распределения ацетона при уменьшении температуры барботера 3 по отношению к барботеру 2.

Как видно из приведенных в таблице 1 данных, чувствительность определения ацетона предлагаемым способом значительно превышает чувствительность его определения известным способом. Так, для модельной смеси 1 мг/л ацетона, чувствительность увеличилась в 12,0 раз (0,12 мг/л – известный и 1,45 – предполагаемый способ). Для модельной смеси 5,0 мг/л ацетона чувствительность увеличилась в 12,3 раз.

Прецизионность измерения концентрации ацетона предлагаемым способом увеличилась примерно на порядок.

Использование предлагаемого способа и устройства определения водорастворимых летучих компонентов позволяет:

1. Значительно повысить чувствительность определения водорастворимых загрязнителей в природных и сточных водах.

2. Создать условия для более совершенного и достоверного мониторинга различных водорастворимых загрязнителей.

3. Значительно расширить возможность определения водорастворимых летучих веществ в различных природных и пластовых водах, в том числе сильно загрязненных породой и реагентами.

1. Способ определения водорастворимых летучих компонентов, при котором летучие компоненты экстрагируют из исходного раствора потоком инертного газа путем барботажного контакта газового потока с раствором летучих компонентов, а поток инертного газа, насыщенный летучими компонентами, барботируют через небольшой объем дистиллированной воды, который дозируют в газовый хроматограф для анализа, отличающийся тем, что раствор летучих компонентов в дистиллированной воде выдерживается при меньшей температуре, чем температура исходного раствора, и в него вводят перед анализом фиксированное количество внутреннего стандарта.

2. Устройство для определения водорастворимых летучих компонентов, содержащее последовательно соединенные блок подготовки инертного газа и два барботера, причем первый барботер заполнен пробой исходного водного раствора летучих компонентов объемом V1, а второй барботер заполнен дистиллированной водой объемом V2=0,1V1, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено двумя термостатами, в одном из которых термостатируют первый барботер при температуре T1 ниже температуры кипения воды, а в другом выдерживают второй барботер при температуре T2, значительно меньшей, чем T1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе отбора проб многофазной текучей среды, такой как продукты компонентов газоконденсатной жидкости (NGL) из трубопровода, и способу максимизации однофазного состояния жидкой пробы газоконденсатной жидкости.

Группа изобретений относится к получению водного конденсата из воздуха и способу концентрирования примесей из воздуха, которые могут быть использованы для высокочувствительного определения примесей в воздухе при проведении экологических исследований.

Группа изобретений относится к определению массовой доли ацетальдегида, выделяющегося в полиэтилентерефталате (ПЭТ) или его композитах. Способ определения массовой доли ацетальдегида в ПЭТ или его композитах включает запаивание пробы в стеклянные ампулы диаметром 5-6 мм на воздухе или путем вакуумирования, помещение ампул в термостат при температуре 120±2°С и выдерживание в течение 2 ч, последующее помещение ампул в термостатированную ячейку с ударным механизмом, продуваемую инертным газом и нагреваемую до температуры 20-80°С, с последующим вскрытием ампул с помощью ударного механизма и оценкой содержания ацетальдегида методом газовой хроматографии.

Изобретение относится к высокочувствительному способу определения количества глицирризина, глицирретиновой кислоты и их фармакологически приемлемых солей, присутствующих в плазме крови человека.

Изобретение относится к способу пробоподготовки водных объектов для определения углеводородных примесей хроматографическим методом с использованием твердофазной микроэкстракции и может быть использовано для измерения концентрации микропримесей веществ в природных и сточных водах при экологическом мониторинге объектов окружающей среды.

Изобретение относится к биологии, токсикологической и аналитической химии, а именно к способам определения прокаина в плазме крови. В плазму крови, содержащую прокаин, вводят фторид натрия для создания концентрации 10 мг/мл, полученную смесь обрабатывают ацетоном, извлечение отделяют от выпавшего осадка путем фильтрования, ацетон из фильтрата испаряют в токе воздуха при комнатной температуре, водный остаток разбавляют путем прибавления воды, образующийся раствор насыщают сульфатом аммония, подщелачивают аммонийным буферным раствором до pH 9,0-9,5, экстрагируют двукратно порциями органического экстрагента, в качестве которого используется 30% раствор камфоры в метилацетате, при соотношении водной и органической фаз 1:1 по объему, органические экстракты отделяют, объединяют, растворитель из объединенного экстракта испаряют в токе воздуха при комнатной температуре, остаток хроматографируют в тонком слое силикагеля СТХ-1А на пластинах «Сорбфил» ПТСХ-АФ-А-УФ, применяя подвижную фазу дихлорметан-этанол в соотношении 6:4 по объему, хроматограмму проявляют в УФ-свете, анализируемое вещество элюируют из сорбента смесью ацетонитрил-метанол-0,025 М раствор дигидрофосфата калия с pH 3,0 в соотношении 10:10:90 по объему, хроматографируют методом ВЭЖХ с применением обращеннофазового сорбента «Nucleosil C18», полярной подвижной фазы ацетонитрил-метанол-0,025 М раствор дигидрофосфата калия с pH 3,0 в соотношении 10:10:90 по объему и УФ-детектора, регистрируют оптическую плотность при длине волны 298 нм и вычисляют количество анализируемого соединения по площади хроматографического пика.

Изобретение предназначено для очистки жидких сред. Устройство включает средства ввода и вывода фазовых компонентов и проточную трубчатую экстракционную камеру со штуцерами для ввода и вывода жидкой среды и газа-носителя.

Изобретение предназначено для газожидкостной экстракции. Способ включает организацию потоков жидкости и газа-носителя, формирование в экстракционной камере поверхности раздела фаз и проведение массообмена с последующим разделением проэкстрагированной жидкости и обогащенного летучими компонентами газа-носителя.

Изобретение относится к области защиты окружающей среды. Предложен способ определения содержания в газообразной среде труднолетучих органических соединений, таких как полиароматические углеводороды, карбоновые кислоты, спирты, сложные эфиры, н-алканы-С15-30.
Изобретение относится к биохимии и клинической лабораторной диагностике. .

Изобретение относится к исследованию и анализу газов. Способ изготовления смесей для калибровки газоаналитического оборудования, включает: электролиз поступающих в электролизер газовых компонентов с контролируемым выходом продуктов, их смешивание с известным потоком инертного газа и получение смеси с известной концентрацией анализируемого компонента.

Изобретение относится к области анализа материалов и определения физико-химических свойств. Генератор газовоздушных смесей для проверки работоспособности газоанализаторов содержит корпус с выходным штуцером для подключения к газоанализатору и расположенным напротив штуцера входным отверстием для подачи воздуха во внутренний объем корпуса, емкость для анализируемого вещества, выполненную по объему меньше внутреннего объема корпуса и закрепленную внутри корпуса.

Изобретение относится к устройству для обнаружения твердых веществ, в частности взрывчатых веществ или наркотиков. Устройство содержит несущий диск (20), на котором осесимметрично расположено несколько сеток.

Изобретение относится к области медицины, а именно к экспериментальной фармакологии, и может быть использовано для количественного определения карнозина в тканях и физиологических жидкостях.

Изобретение относится к медицинским токсикологическим исследованиям, в частности к санитарной токсикологии, и может быть использовано для количественного определения бенз(а)пирена в крови, для оценки риска здоровью человека и разработки мероприятий по обеспечению химической безопасности.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может найти применение при разработке газоаналитических приборов. Устройство приготовления поверочных газовых смесей содержит смеситель газов, по меньшей мере, один канал для подвода целевого газа в смеситель газов, по меньшей мере, два канала для подвода газа-разбавителя в смеситель газов и канал для вывода газовой смеси из смесителя газов.
Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способам определения бензойной кислоты, и описывает способ количественного определения бензойной кислоты по ее метильному производному - метиловому эфиру в водных матрицах с чувствительностью определения 5,0·10-5 мг/см3 с погрешностью определения, не превышающей 25%.

Изобретение относится к способу оценки чистоты воздуха гермокабин летательных аппаратов, поступающего от компрессоров газотурбинных двигателей, на содержание продуктов разложения смазочных масел, включающий проведение параллельных отборов проб воздуха гермокабины путем его прокачки через патроны с сорбентом с последующим наземным газохроматографическим анализом на колонках разной селективности и полярности для идентификации компонентов-примесей.

Изобретение относится к лабораторным методам анализа и касается способа количественного определения марганца, свинца и никеля в желчи методом атомно-абсорбционного анализа с атомизацией в пламени.

Изобретение относится к метрологическому обеспечению приборов газового анализа. .

Изобретение относится к способу определения производных катехоламинов в биологической жидкости (моче), который может найти применение в клинической диагностике. Способ определения производных катехоламинов в моче методом высокоэффективной жидкостной хроматографии отличается тем, что пробоподготовку образца осуществляют, пропуская образец исследуемой мочи через патрон для твердофазной экстракции ISOLUTE SCX, добавляют раствор 9-флуоренил-метоксикарбонил хлорида и выдерживают 20 минут при комнатной температуре, а затем смывают 5% раствором ацетата аммония в метаноле, далее полученный раствор анализируют УВЭЖХ, в качестве элюента используют двухкомпонентную систему, ацетонитрил: 0,1% муравьиная кислота, при скорости потока 0.45 мл/мин. Детектирование производных катехоламинов проводят с использованием тройного квадрупольного масс-спектрометра с нагреваемым источником электрораспылительной ионизации. Изобретение обеспечивает упрощение способа, сокращение времени анализа и снижение трудоемкости без потери в эффективности и селективности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к газохроматографическим методам анализа водорастворимых летучих компонентов и может быть использовано для качественного и количественного анализа сложных смесей веществ природного и техногенного происхождения в различных отраслях промышленности. Способ определения водорастворимых летучих компонентов включает экстракцию летучих компонентов из исходного раствора потоком инертного газа путем барботажного контакта газового потока с раствором летучих компонентов, а поток инертного газа, насыщенный летучими компонентами, барботируют через небольшой объем дистиллированной воды, который дозируют в газовый хроматограф для анализа, раствор летучих компонентов в дистиллированной воде выдерживается при меньшей температуре, чем температура исходного раствора, и перед анализом в него вводят фиксированное количество внутреннего стандарта. Устройство для реализации способа содержит последовательно соединенные блок подготовки инертного газа и два барботера, причем первый барботер заполнен пробой исходного водного раствора летучих компонентов объемом V1, а второй барботер заполнен дистиллированной водой объемом V20,1V1, устройство дополнительно снабжено двумя термостатами, в одном из которых термостатируют первый барботер при температуре T1 ниже температуры кипения воды, а в другом выдерживают второй барботер при температуре T2, значительно меньшей, чем T1. Техническим результатом является повышение чувствительности газохроматографического определения водорастворимых летучих компонентов и уменьшение случайных погрешностей измерения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Наверх