Индикаторный элемент для обнаружения и идентификации разливов жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов

Изобретение относится к области обнаружения, идентификации и дистанционного мониторинга углеводородных загрязнителей водных сред и может быть использовано для экспрессного визуального обнаружения разливов и утечек жидких углеводородных топлив. Изобретение касается индикаторного элемента для обнаружения и идентификации разливов жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов содержащего сорбент углеводородов, выполненный в виде индикаторной подложки из впитывающего материала, и твердофазный хромогенный носитель индикатора, выполненный в виде закрепленной путем прошивки на поверхности индикаторной подложки, по меньшей мере, одной нити, пропитанной, по меньшей мере, одним раствором индикаторного вещества, избирательно растворимого в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимого в воде. Технический результат - упрощение конструкции индикаторного элемента, повышение чувствительности и надежности работы. 1 з.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к области обнаружения, идентификации и дистанционного мониторинга углеводородных загрязнителей водных сред и может быть использовано для экспрессного визуального обнаружения разливов и утечек жидких углеводородных топлив.

Известны бортовые воздушные комплексы технических средств обнаружения и экологического мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на акваториях. Бортовой воздушный комплекс технических средств обнаружения и измерения разливов содержит радиометрический СВЧ датчик для обнаружения нефтеразливов, дополнительный пассивный датчик, приемник GPS и анализатор данных (RU 2411539, 2006).

Известны плавающие или погружные комплексы обнаружения и экологического мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на акваториях, содержащие находящийся в погружном, в частности, в подледном положении измерительный буй с набором контактирующих с водой датчиков регистрации нефтегенных загрязнений, радионуклидов и металлов нефтегенного происхождения, размещенные внутри герметичного буя компактный флуоресцентный лидар, программируемый контроллер с системами сбора, предварительной обработки и передачи данных, генерируемых контактирующими с водой датчиками и лидаром, на удаленные интерфейсы информационной системы (RU 2587109, 2006, RU 2521246, 2013).

Известно использование тепловизоров, устанавливаемых на беспилотный летательный аппарат, располагаемый в зависшем состоянии над зоной разлива. Тепловизор проводит съемку в виде ряда цифровых изображений, которые через приемно-передающее устройство беспилотного летательного аппарата в режиме реального времени передаются на пункт круглосуточного дистанционного наблюдения, где оцениваются параметры разливов нефти и нефтепродуктов. На основании полученных данных строятся прогнозные карты распространения разливов нефти и нефтепродуктов, которые в виде телеметрической информации передаются на экипажные или безэкипажные катера, осуществляющие развертывание в районе загрязнений боновых заграждений и последующий сбор нефти и нефтепродуктов (RU 2622721, 2006).

Недостатками известных технических решений являются большие затраты на проведение исследований, неоперативность и периодичность мониторинга. Запаздывание получения результата от момента отбора проб составляет в среднем 5-6 ч. При такой системе отсутствует постоянная достоверная информация о состоянии акваторий, а также промышленных сточных вод.

Из экспресс-тестов для обнаружения разливов нефтепродуктов известны индикаторные полоски MACHEREY-NAGEL (Water analysis. Rapid tests. Catalog MACHEREY-NAGEL. 2012. 162 p.), C.I. Agent (C.I. Agent solutions. Secondary containment & oil filtration solutions. CIAS-Catalog. 2017. 8 p.), позволяющие оперативно проводить обнаружение нефтяных загрязнений воды и почвы. Однако чувствительность этих тестов сильно зависит от природы соответствующих углеводородов, а в случае наличия летучих углеводородов результат необходимо считывать немедленно. К недостаткам этих индикаторных полосок следует отнести также низкую чувствительность, а также отсутствие возможности идентификации нефтепродуктов и отдельных классов углеводородов при смене окраски со светло-синего на темно-синий.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является индикаторный элемент, состоящий из подложки, индикатора и закрепленного на подложке белого впитывающего материала, а сам индикатор выполнен из мелкодисперсного красителя, растворимого в жидком углеводородном топливе, но не растворимого в воде, и размещен между подложкой и белым впитывающим материалом, при этом подложкой индикаторного элемента является гидроизоляционная непрозрачная пленка с липким слоем (RU 2564002, 2006).

К недостаткам известного индикаторного элемента относятся следующие:

а) низкая чувствительность (доли мл углеводородов), т.к. порошкообразный индикаторный элемент находится между слоями белого впитывающего материала, т.е. фактически изолирован, что затрудняет процесс проникновения углеводородной пленки к слою индикаторного порошка, расположенного внутри, следствием чего является снижение чувствительности и надежности обнаружения углеводородов;

в) сложность изготовления многослойной конструкции чувствительного элемента.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции индикаторного элемента, повышение чувствительности и надежности работы.

Указанная проблема решается тем, что индикаторный элемент для обнаружения и идентификации разливов жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов содержит сорбент углеводородов, выполненный в виде индикаторной подложки из впитывающего материала, и твердофазный хромогенный носитель индикатора, выполненный в виде закрепленной путем прошивки на поверхности индикаторной подложки, по меньшей мере, одной нити, пропитанной, по меньшей мере, одним раствором индикаторного вещества, избирательно растворимого в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимого в воде.

Целесообразно индикаторную подложку выполнять из нетканого или тканого полимерного материала-сорбента.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении идентификации различных классов углеводородов в рамках одного экспресс-теста и в повышении информативности определения микроколичеств углеводородного жидкого топлива на поверхности водной фазы в виде пленок или в объеме водной фазы в виде микроэмульсий за счет выполнения подложкой дополнительной функции сорбента углеводородов и красителя и, как следствие, формирования информативной картины об обнаруженных углеводородах для дальнейшего считывания с подложки и с индикаторных нитей. Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен предлагаемый индикаторный элемент;

на фиг. 2 приведены спектры поглощения подложки индикаторных элементов и красителей на поверхности нитей (λ 380-720 нм на миниспектрофотометре Macbeth ilPro2 фирмы X-Rite, США), (на фиг. 2 приняты следующие обозначения: а - Судан II; b - Судан III; с - Судан IV; d - Судан черный Б; е - Медный комплекс 1-(2-Пиридилазо)-2-нафтола); f - подложка из полимера СПАН;

на фиг. 3 - спектры поглощения подложки индикаторных элементов и красителей на поверхности нитей (λ 380-720 нм на миниспектрофотометре Macbeth ilPro2 фирмы X-Rite, США), (на фиг. 3 приняты следующие обозначения: f - подложка из полимера СПАН; g - Нафтоловый красный; h - Тетразолиевый фиолетовый формазан; i - Трифенилформазан; j - Дитизонат цинка).

Предлагаемый индикаторный элемент для обнаружения и идентификации углеводородов нефти и нефтепродуктов состоит из индикаторной подложки 1 с одной (а) или несколькими (б) нитями 2.

Подложка 1 выполнена из впитывающего материала, например, из нетканого или тканого полимерного материала-сорбента - сополимера акрилонитриламетилмеакрилата (СПАН), полипропилена ПП и т.д.

Нити 2, содержащие красители, выполняют функцию твердофазного хромогенного носителя индикатора и закреплены на поверхности впитывающего материала индикаторной подложки 1 путем прошивки.

Твердофазный хромогенный носитель индикатора может быть выполнен в виде одной нити, пропитанной, одним раствором индикаторного вещества, растворимого в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимого в воде, или нескольких индивидуальных нитей, пропитанных разными растворами индикаторных веществ, избирательно растворимых в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимых в воде.

В качестве нитей могут быть использованы белые гидрофильные нити, например, нити, состоящие из хлопчатобумажных волокон.

Нити 2 пропитываются предварительно приготовленными растворами индикаторов-красителей, просушиваются и закрепляются на впитывающем материале путем прошивки параллельными рядами для лучшего отделения красителей друг от друга и, соответственно, лучшей дифференциации разных классов углеводородов нефти и нефтепродуктов.

В качестве индикаторов-красителей могут быть использованы хорошо растворимые в углеводородах нефти и в нефтепродуктах яркие красители, в том числе, выпускаемые химической промышленностью, а также их комплексы с Men+

Формулы красителей и их окраска, испытанные для обнаружения углеводородов нефти и нефтепродуктов в водных средах по предлагаемому изобретению, приведены ниже.

а) Нафтиловый красный;

б) Судан II(E)-1-((2,4-dimethylphenyl)diazenyl)naphthalen-2-ol);

в) Судан-III (1-((E)-4((Z)-phenyldiazenyl)phenyl)phenyldiazenyl)phenyl)-naphtalen-2-ol);

г) Судан-IV;

д) Судан черный Б (2,2-dimethyl-6-((E)-(4-((E)-phenyldiazenyl)naphthalene-1-yl)diazenyl)-2,3-dihydro-1H-perimidine);

е) Трифенил-формазан;

ж) Тетразолиевый фиолетовый формазан;

з) Дитизонат цинка Zn(C13H12N4S)2.

Селективность индикаторов-красителей относительно жидких нефтепродуктов и углеводородных растворителей, которые в той или иной степени входят в состав топлив, окрашенных растворов представлены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что для изготовления универсального индикаторного элемента для обнаружения широкого ряда углеводородов, а также нефти и нефтепродуктов, наиболее целесообразно использовать дитизонат цинка, для ароматических углеводородов - Судан черный Б, а также нафтоловый красный и трифенилформазан; для легких н-, изо-, цикло- алканов и алкенов - Судан IV; для легких н-алканов и циклоалканов - нафтоловый красный.

В ходе взаимодействия с обнаруживаемым НП происходит растворение хромогенного индикатора с поверхности нити и перенос его на поверхность индикаторной подложки, в результате чего на поверхности индикаторной подложки возникает интенсивное окрашивание.

Для обеспечения дистанционного мониторинга водной поверхности и загрязнения акваторий нефтью и нефтепродуктами возможна доставка и сброс чувствительного к углеводородам нефти и нефтепродуктов (сенсоросодержащего) материала с использованием предложенного индикаторного элемента на водную поверхность с помощью беспилотного летательного аппарата (дрона). Дистанционное детектирование с помощью беспилотного летательного аппарата (дрона), находящегося в зависшем состоянии над зоной разлива, с установленной фото- или видеокамерой осуществляется путем записи цифровых изображений с камеры на устройства хранения информации дрона или передачи их через приемно-передающее устройство на пункт дистанционного мониторинга и оценки состояния разливов нефти или нефтепродуктов в режиме реального времени.

Изобретение поясняется и иллюстрируется примерами изготовления и использования твердофазного реагента в виде нитей, сенсорного материала с рядом индикаторов и индикаторных подложек.

Пример 1. Получение твердофазных реагентов и сенсорных материалов.

Готовят ацетоновые растворы нафтолового красного, Судана II, Судана III, Судана IV, Судана черного Б, трифенилформазана, тетразолиевого фиолетового формазана, дитизоната цинка с концентрацией 0,5 г/л. Нити равномерно пропитывают приготовленными растворами (получение твердофазных реагентов). Далее путем прошивки впитывающего материала полученными окрашенными нитями (твердофазными реагентами) готовят индикаторные полоски (матрица + окрашенная нить или нити) - сенсоры. Формулы полученных соединений представлены выше, а спектры поглощения подложки и красителя - на фиг. 2 и 3.

Как видно из приведенных спектров на фиг. 2 и фиг. 3, светопоглощение подложки в интервале длин волн видимой области спектра (400-700 нм) мало зависит от длины волны и представляет собой почти прямую линию, в отличие от спектров поглощения используемых красителей, что дает возможность использовать их спектральные характеристики для эффективного определения углеводородов нефти и нефтепродуктов.

Пример 2. Обнаружение нефтепродуктов с использованием предлагаемого изобретения.

Полоску индикаторного элемента приводят в контакт с анализируемой водой в течение 1-5 мин. При взаимодействии с обнаруживаемым нефтепродуктом происходит растворение хромогенного индикатора с поверхности нити и перенос его на индикаторную подложку, в результате чего на поверхности подложки возникает интенсивное окрашивание. Интерпретация результатов производится по табл. 1.

Окрашенное соединение на подложке фиксируют с использованием цифрового фотоаппарата или другого цифрового устройства дистанционной регистрации цветового сигнала цифровой камеры.

За счет красителя и выполнения подложкой дополнительной функции сорбента углеводородов происходит формирование общей информативной картины об обнаруженных углеводородах, пригодной для дальнейшего считывания, как с подложки, так и с индикаторных нитей, что обеспечивает повышение информативности определения углеводородов.

По изменению интенсивности окраски нити и подложки после контакта с водной средой, содержащей углеводороды, можно сделать предварительное заключение о количестве углеводородов.

Возможность использования нескольких индивидуальных нитей, пропитанных разными растворами индикаторных веществ, избирательно растворимых в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимых в воде, обеспечивает идентификацию различных классов углеводородов в рамках одного экспресс-теста.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает упрощение изготовления индикаторного элемента, повышение чувствительности обнаружения (1-10 мкл углеводородов), надежности и информативности определения низких содержаний (микроколичеств) жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов как загрязнителя водных сред, а также повышает достоверность идентификации различных классов углеводородов.

1. Индикаторный элемент для обнаружения и идентификации разливов жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов, характеризующийся тем, что он содержит сорбент углеводородов, выполненный в виде индикаторной подложки из впитывающего материала, и твердофазный хромогенный носитель индикатора, выполненный в виде закрепленной путем прошивки на поверхности индикаторной подложки, по меньшей мере, одной нити, пропитанной, по меньшей мере, одним раствором индикаторного вещества, избирательно растворимого в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимого в воде.

2. Индикаторный элемент по п. 1, отличающийся тем, что индикаторная подложка выполнена из нетканого или тканого полимерного материала-сорбента.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к определению оксидов азота в ракетных окислителях и может найти применение в лабораториях для контроля качества ракетных топлив. Способ определения содержания оксидов азота в ракетных окислителях заключается в охлаждении навески окислителя, постоянном измерении мощности светового потока, проходящего через слой паров над поверхностью окислителя, фиксации температуры пробы при достижении максимального значения мощности светового потока и расчете массовой доли оксидов азота.

Изобретение относится к исследованию материалов, а именно к способам обезвреживания взрывоопасной газовой среды внутри транспортного контейнера, и может быть использовано при работах по вскрытию контейнеров с неизвестной газовой средой, находящихся длительное время в эксплуатации.

Изобретение относится к устройству для испытания пиротехнических средств, включающему блок сопловый в виде сдвоенного цилиндрического корпуса с датчиками давления, узлами уплотнения, выпуска газов и воспламенения, при этом последний содержит разрушаемый фиксированным давлением элемент, который открывает узел выпуска газов.

Изобретение относится к способу определения парафина в нефтесодержащих отложениях, включающий осаждение асфальтенов растворителем, отстаивание реакционной смеси в темном месте и ее последующую фильтрацию, удаление растворителя из полученного фильтрата и адсорбцию смолистых веществ оксидом алюминия Al2O3, согласно которому из обессмоленной фракции удаляют растворитель, остаток растворяют в нагретой смеси толуола и ацетона, охлаждают, выдерживают при минусовой температуре, обеспечивающей кристаллизацию парафинов, отфильтровывают на холодном фильтре кристаллизовавшийся осадок парафинов и промывают смесью толуола и ацетона, сохраняя температуру кристаллизации, после чего смывают осадок горячим толуолом, упаривают, сушат до постоянного веса и взвешивают.

Изобретение относится к передвижным химико-аналитическим лабораториям, в частности для испытаний порохов. Мобильный комплекс контейнерного типа для проведения лабораторных испытаний порохов размещается в трех контейнерах.

Изобретение относится к области исследования или анализа энергетических материалов (ЭМ) путем определения их физических свойств, а именно, к устройствам для определения характеристик чувствительности ЭМ к трению ударного характера.

Изобретение относится к обеспечению взрывобезопасности аппаратов на стадии разработки новых марок нитратцеллюлозных порохов. Способ определения взрывобезопасной высоты слоя нитратцеллюлозных порохов для аппаратов цилиндрической и прямоугольной формы включает проведение испытаний на манометрической установке в сосуде высокого давления постоянного объема величиной 37 см3, определение путем математической обработки полученной зависимости давление-время параметров их горения, оказывающих наибольшее влияние на безопасную и критическую высоты слоев пороха, с последующим получением зависимости взрывобезопасной и критической высоты слоя пороха в количестве 150-200 г от параметров горения при использовании полузамкнутых емкостей цилиндрической формы диаметрами 100 и 300 мм или прямоугольной формы с наименьшей стороной размером 100 и 300 мм без проведения крупномасштабных натурных испытаний.

Предложен способ и измерительное устройство для определения параметров качества газа, в котором газ или газовая смесь протекает как через ультразвуковой расходомер (4), так и через микротермический датчик (7), и первый используют для определения скорости звука и течения, а с помощью второго определяют теплопроводность и теплоемкость газа или газовой смеси.

Предложен способ и измерительное устройство для определения параметров качества газа, в котором газ или газовая смесь протекает как через ультразвуковой расходомер (4), так и через микротермический датчик (7), и первый используют для определения скорости звука и течения, а с помощью второго определяют теплопроводность и теплоемкость газа или газовой смеси.

Изобретение относится к исследованию низкотемпературных свойств нефтепродуктов путем пропускания через них ультразвуковых волн и может быть использовано для экспрессного контроля температуры застывания и текучести в аналитических лабораториях нефтехимических предприятий, университетов и научно-исследовательских центров.

Изобретение относится к тиксотропному средству для защиты от коррозии металлической поверхности, к способу нанесения его, к металлической структуре, покрытой средством для защиты от коррозии, к устройству, обеспечивающему обнаружение индикатора коррозии, и способу проверки металлической структуры на наличие коррозии.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу определения содержания иодат-ионов, и может быть использовано для точного количественного и полуколичественного экспрессного, визуально-тестового определения иодата в пищевой соли.

Изобретение относится к способу определения свинца(II) в водных объектах окружающей среды и биологических образцах. Способ включает приготовление полимерной сенсорной пленки, которую помещают в испытуемый образец и по изменению цвета полимерной сенсорной пленки определяют наличие в нем свинца(II), количество которого определяют по калиброванной цветовой шкале, предварительно полученной из не менее 5-ти испытуемых образцов с известными концентрациями свинца.

Настоящее изобретение относится к аналитической химии, конкретно к индикаторной полосе РИБ-Диазо-Тест для индикаторного средства по определению подлинности лекарственного вещества.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к химическим индикаторам на твердофазных кремнеземных носителях, и может быть использовано для экспрессного определения предельно допустимых и опасных концентраций 1,1-диметилгидразина в воздухе.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к фотометрическому методу анализа, и может быть использовано для определения содержания железа (III) в растворах чистых солей, содержащих железо (III) в очень малой концентрации.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к фотометрическому методу анализа, и может быть использовано для определения содержания железа (III) в растворах чистых солей, содержащих железо (III) в очень малой концентрации.

Группа изобретений относится к области исследования топлив на соответствие показателям качества при их использовании, в частности к колориметрическим способам определения серосодержащих соединений в неэтилированных бензинах и дизельном топливе.

Изобретение относится к устройствам исследования и анализа небиологических материалов химическими индикаторными средствами с целью экспрессного обнаружения в контактно отбираемой пробе следов взрывчатых веществ (ВВ), в том числе, при проведении обследований во внелабораторных условиях.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в практике аналитических, агрохимических, медицинских лабораторий. Осуществляют концентрирование микроэлементов для последующего аналитического определения путем соосаждения с диантипирилметаном, образующим в системе вода - минеральная кислота - тиоцианат аммония коллектор дитиоцианат диантипирилметания.

Изобретение относится к области обнаружения, идентификации и дистанционного мониторинга углеводородных загрязнителей водных сред и может быть использовано для экспрессного визуального обнаружения разливов и утечек жидких углеводородных топлив. Изобретение касается индикаторного элемента для обнаружения и идентификации разливов жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов содержащего сорбент углеводородов, выполненный в виде индикаторной подложки из впитывающего материала, и твердофазный хромогенный носитель индикатора, выполненный в виде закрепленной путем прошивки на поверхности индикаторной подложки, по меньшей мере, одной нити, пропитанной, по меньшей мере, одним раствором индикаторного вещества, избирательно растворимого в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимого в воде. Технический результат - упрощение конструкции индикаторного элемента, повышение чувствительности и надежности работы. 1 з.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл., 3 ил.

Наверх