СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРОВ МЕТИЛАЦЕТАТА В ПРИСУТСТВИИ БЕНЗИЛАЦЕТАТА В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ
METHOD OF DETECTING METHYL ACETATE VAPOUR IN PRESENCE OF BENZYL ACETATE IN WORKPLACE AIR

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны предприятий химической и других отраслей промышленности.
3
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является газохроматографический способ определения концентраций метилацетата в воздухе рабочей зоны, заключающийся в использовании газоадсорбционной хроматографии с применением пламенно-ионизационного детектора [Методические указания по газохроматографическому измерению концентраций метилацетата и этилацетата в воздухе рабочей зоны. МУК 4.1.950-99 ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования»]. Методика дает возможность контролировать концентрацию метилацетата на уровне его ПДК. Предельно допустимая концентрация метилацетата в воздухе рабочей зоны составляет 100 мг/м.
Недостатками известного способа являются необходимость подготовки прибора к измерению - заполнение хроматографической колонки насадкой Полисорб-1, которое занимает в общей сложности более 36 часов, высокая погрешность измерения, составляющая 25%, дороговизна и большие габариты прибора.
Технической задачей изобретения является разработка способа определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны, позволяющего повысить экспрессность, мобильность за счет малых габаритов установки, уменьшить погрешность измерения, себестоимость анализа.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны, включающем отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к работе, ввод пробы в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала, расчет концентрации метилацетата по градуировочному графику, новым является то, что в качестве детектирующего устройства используют пьезокварцевый резонатор, электрод которого модифицируют нанесением на него раствора сорбента-полиэтиленгликольсукцината в этаноле так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу в течение 30 мин при 40°С составляла 16-20 мкг, регистрацию аналитического сигнала осуществляют после ввода в ячейку детектирования пробы в виде отклика модифицированного электрода пьезокварцевого резонатора, рассчитанного по разности частот его колебаний до ввода пробы и после установления равновесия в сорбционной системе с введенной пробой, концентрацию метилацетата рассчитывают на основании градуировочного графика зависимости концентрации от указанного отклика по уравнению
C=3,7ΔF,
3
где С - концентрация метилацетата, мг/м;
ΔF - разность частот колебаний до ввода пробы и после установления равновесия в сорбционной системе, Гц.
Технический результат изобретения заключается в повышении экспрессности, мобильности и точности измерений за счет применения пьезокварцевого резонатора, модифицированного пленкой ПЭГ-сукцината, нанесенной из раствора в этаноле и проявляющей сорбционное сродство к метилацетату. Нанесение пленки с массой сорбента 16-20 мкг на тензочуствительную область пьезорезонатора способствует повышению чувствительности и снижению погрешности определения.
Способ осуществляют по следующей методике.
3
3
1. Пробоотбор. В стеклянный бюкс с полупроницаемой крышкой помещают 2 см метилацетата, шприцем вместимостью 10 см отбирают равновесную газовую фазу, разбавляют воздухом до требуемой концентрации, выдерживают при комнатной температуре 5 мин, затем через герметичный затвор вводят в ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый резонатор, модифицированный раствором ПЭГ-сукцината в этаноле.
2. Подготовка детектирующего устройства. На алюминиевый электрод пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой колебаний 8-10 МГц микрошприцом наносят раствор сорбента ПЭГ-сукцината в этаноле так, чтобы после удаления растворителя масса пленки модификатора составляла 16-20 мкг.
3
пл
c
пл
c
3. Определение паров метилацетата. Модифицированный пьезокварцевый резонатор помещают в ячейку детектирования. Сдвиг частоты колебаний в течение 5 мин должен находится в пределах 10 Гц. Затем в ячейку шприцем вводят 5 см воздуха, содержащего пары метилацетата при концентрации на уровне ПДК. Считывание сигналов происходит каждую секунду до установления равновесия в сорбционной системе. По разности F-F (где F - частота колебаний пьезорезонатора, модифицированного пленкой ПЭГ-сукцината, F - частота колебаний пьезорезонатора при сорбции) рассчитывают отклик сенсора ΔF. Строят градуировочный график зависимости концентрации паров метилацетата от ΔF. По уравнению графика находят содержание метилацетата в анализируемой пробе воздуха:
C=3,7ΔF.
После измерения регенерируют ячейку детектирования и пленочное покрытие продувкой системы осушенным лабораторным воздухом. Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме, включающей модификацию электродов пьезокварцевого резонатора и последующую регенерацию ячейки детектирования, 30 мин.
Число анализов без замены покрытий пьезокварцевого резонатора 50.
Время, необходимое для восстановления сорбента, - 10 мин.
Погрешность определения паров метилацетата в воздухе - 15%.
Определение бензилацетата в анализируемом воздухе с применением пьезокварцевого резонатора, электроды которого модифицированы раствором ПЭГ-сукцината в этаноле, проводили по методике, аналогичной описанной выше.
Способы определения паров метилацетата иллюстрируются следующими примерами.
Пример 1 (прототип)
Хроматографическую колонку заполняют насадкой Полисорбом-1, кондиционируют в потоке газа-носителя, поднимая температуру от 50°С до 160°С со скоростью 10 град/ч. Колонку выдерживают при конечной температуре в течение 24 часов. После этого колонку присоединяют к детектору и снижают температуру до рабочей (150°С). Количественное измерение проводят методом абсолютной градуировки с использованием стандартных паровоздушных смесей.
Градуировочные смеси метилацетата с воздухом готовят в газовых пипетках введением рассчитанного объема метилацетата и дальнейшим разбавлением смеси воздухом. 1 мл смеси вводят через самоуплотняющуюся мембрану в испаритель хроматографа. Строят градуировочные графики зависимости высот пиков (мм) от содержания метилацетата (мкг).
После отбора пробы воздуха газовые пипетки или шприцы выдерживают в течение 0,5-1 часа при комнатной температуре, 1 мл исследуемой пробы воздуха вводят в хроматограф, записывают хроматограмму, измеряют высоту пиков и по градуировочному графику находят количество определяемого компонента.
Суммарная погрешность измерения не превышает 25%.
Продолжительность анализа, включая подготовку прибора к измерению, - более 36 часов.
Пример 2
3
3
В стеклянный бюкс с полупроницаемой крышкой помещали 2 смметилацетата, шприцем вместимостью 10 см отбирали равновесную газовую фазу, разбавляли воздухом до требуемой концентрации, выдерживали при комнатной температуре 5 мин, затем через герметичный затвор вводили в ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый резонатор, модифицированный раствором ПЭГ-сукцината в этаноле.
3
пл
c
На электрод пьезокварцевого резонатора микрошприцом наносили раствор сорбента ПЭГ-сукцината в этаноле так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу при 40°С в течение 30 мин составляла 16 мкг. Затем пьезорезонатор помещали в статическую ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, выдерживали 5 мин для установления нулевого сигнала, вводили шприцем анализируемую пробу объемом 5 см и фиксировали сигнал пьезорезонатора через 15 с после ввода пробы. По разности F-F рассчитывали отклик сенсора ΔF, по уравнению градуировочного графика С=3,7ΔF находили содержание метилацетата в анализируемой пробе воздуха. Способ осуществим.
Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме с модификацией электродов и последующей регенерацией ячейки детектирования составляет 30 мин.
Число анализов без замены покрытий пьезокварцевого резонатора - 50.
Время, необходимое для восстановления сорбента, - 10 мин.
Погрешность определения паров метилацетата в воздухе - 15%.
Определение бензилацетата в анализируемом воздухе с применением пьезокварцевого резонатора, электроды которого модифицированы раствором ПЭГ-сукцината в этаноле, проводили аналогично описанной методике. Пленка ПЭГ-сукцината, нанесенная на электроды пьезокварцевого резонатора из раствора в этаноле, не проявляет сорбционного сродства к бензилацетату, аналитический сигнал находится на уровне шумов.
Пример 3
3
3
3
пл
c
Опыт повторяли при совместном присутствии в равновесной газовой фазе паров метилацетата и бензилацетата. В два стеклянных бюкса с полупроницаемыми крышками помещали 2 см метилацетата и 2 смбензилацетата, шприцем вместимостью 10 см последовательно отбирали равные объемы равновесных газовых фаз метилацетата и бензилацетата, разбавляли воздухом до требуемой концентрации, выдерживали при комнатной температуре 5 мин, затем через герметичный затвор вводили в ячейку детектирования, содержащую пьезокварцевый резонатор, модифицированный раствором ПЭГ-сукцината в этаноле. Сигнал пьезорезонатора фиксировали через 15 с после ввода пробы. По разности F-F рассчитывали отклик сенсора ΔF, по уравнению градуировочного графика C=3,7ΔF находили содержание метилацетата в анализируемой пробе воздуха.
Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме с модификацией электродов и последующей регенерацией ячейки детектирования составляет 30 мин.
Число анализов без замены покрытий пьезокварцевого резонатора - 50.
Время, необходимое для восстановления сорбента, - 10 мин.
Погрешность определения паров метилацетата в воздухе в присутствии бензилацетата не превышала 15%.
Положительный эффект по предлагаемому способу достигается при массе пленки сорбента ПЭГ-сукцината, равной 16-20 мкг. При изменении массы сорбента снижается чувствительность модифицированного пьезокварцевого резонатора по отношению к парам метилацетата в воздухе, возрастает погрешность определения. Температура удаления растворителя в сушильном шкафу составляет 40°С, увеличение температуры приводит к разложению модификатора, снижению времени «жизни» пьезорезонатора без замены покрытия. При снижении температуры не происходит полного удаления растворителя, что приводит к значительному дрейфу нулевого сигнала и увеличению погрешности определения.
Применение в качестве модификаторов триоксиметиламинометана и β-нафтола не позволяет определять пары метилацетата в воздухе, так как аналитический сигнал находится на уровне шумов.
Таким образом, предлагаемый способ определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе по сравнению с прототипом позволяет:
1) определить пары метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны;
2) благодаря мобильности и малым габаритам установки проводить анализ непосредственно в рабочей зоне;
3) сократить продолжительность анализа, включая подготовку прибора к измерениям, с 36 часов до 30 минут;
4) уменьшить погрешность измерения с 25 до 15%.