СПОСОБ ЭКСПРЕСС-ОБНАРУЖЕНИЯ АГРЕССИВНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
METHOD OF EXPRESS-DETECTION OF AGGRESSIVE CHEMICAL SUBSTANCES

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способам экспресс-обнаружения зараженности поверхностей объектов агрессивными химическими веществами.
В качестве агрессивных химических веществ рассматриваются вещества кислого и щелочного характера, а также окислители и восстановители.
К веществам кислого характера относятся сильные (серная, азотная, соляная и другие) и слабые (уксусная и другие) кислоты.
К веществам щелочного характера относятся сильные (гидроокись калия, гидроокись натрия и другие) и слабые (гидроокись аммония и другие) основания.
К окислителям относятся концентрированная азотная, концентрированная серная кислоты, перекись водорода и другие.
К восстановителям относятся несимметричный диметилгидразин (гептил), органические амины, аммиак и другие.
Необходимость разработки способа экспресс-обнаружения всех этих четырех типов агрессивных химических веществ обусловлена тем, что розлив этих химических веществ может привести к получению химических ожогов работающего персонала, а смешение кислот со щелочами, окислителей с восстановителями может привести к взрывам и пожарам. Поэтому совместное хранение этих веществ является недопустимым.
Известен способ экспресс-обнаружения дезинфектантов с действующим веществом окислительного характера на поверхностях объектов и выявления полноты дезинфекции, заключающийся в распылении индикаторной рецептуры на поверхность объекта с использованием аэрозольного устройства, выполненного в виде герметичного корпуса, заправленного реагентом, и насоса-распылителя, при этом о наличии химического вещества окислительного характера судят по характерному изменению окраски индикатора на поверхности обследуемого объекта в соответствии с эталоном на этикетке аэрозольного устройства (патент RU 2436082 С2, кл. G01N 31/22, опубл. 10.12.2011).
Способ экспресс-обнаружения веществ окислительного характера позволяет проводить обнаружение на горизонтальных, наклонных и вертикальных поверхностях, основан на нанесении индикаторной рецептуры путем орошения на анализируемую поверхность с помощью аэрозольного устройства. В качестве индикаторной рецептуры используется состав, состоящий из следующих компонентов (в массовых процентах): йодида калия - 0,1-0,2; крахмала - 0,1-0,2; кислота уксусная - 1,0-1,5; ацетат натрия трехводный - 2,0-3,0; глицерин - 5,0-10,0; вода дистиллированная - до 100.
С помощью данного способа можно проводить обнаружение полноты дезинфекции поверхностей спустя не менее 0,5 ч и не позднее 2 ч после проведения дезинфекции по появлению индикационного эффекта - синему окрашиванию объекта.
Недостатком данного способа является то, что в процессе хранения наблюдается выпадение крахмала в виде осадка, что снижает чувствительность обнаружения окислителей, ухудшает наглядность индикационного эффекта и приводит к засорению насоса-распылителя аэрозольного устройства, в результате чего аэрозольное устройство перестает распылять индикаторную рецептуру.
Способ не позволяет проводить обнаружение других типов агрессивных химических веществ (восстановителей, веществ кислого и щелочного характера).
Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности обнаружения окислителей, наглядности индикационного эффекта, увеличение длительности использования аэрозольного устройства и обеспечение обнаружения наряду с окислителями также других агрессивных химических веществ - несимметричного диметилгидразина, аммиака, веществ кислого и щелочного характера.
Данный технический результат достигается тем, что распыление индикаторной рецептуры на поверхность объекта осуществляется с использованием аэрозольного устройства, выполненного в виде герметичного корпуса, заправленного реагентом, и насоса-распылителя, при этом о наличии агрессивного химического вещества судят по характерному изменению окраски индикатора на поверхности обследуемого объекта в соответствии с эталоном на этикетке аэрозольного устройства, распыление индикаторной рецептуры осуществляют с расстояния 10-15 сантиметров от поверхности монодисперсным аэрозолем, для обнаружения окислителей используют раствор (в массовых процентах): йодид калия - 0,1-0,4; крахмал, предварительно обработанный нагреванием до температуры 190°С в глицерине в течение 0,5 часа с периодическим отбором пробы на растворение в холодной воде до отсутствия выпадения крахмала в осадок - 0,1-0,3; глицерин - 5-20; кислота уксусная - 0,3-1,5; ацетат натрия трехводный - 0,4-3; дистиллированная вода - до 100, для обнаружения веществ щелочного характера используют 0,5-1% раствор индикатора фенолфталеина в этиловом спирте, для обнаружения веществ кислого характера используют 0,05-0,1% раствор каждого в отдельности или смеси двух индикаторов метилового красного и метилового желтого в соотношении 1:1 по массе в этиловом спирте, для обнаружения слабых органических кислот (уксусной и других) используют 0,05-0,1% раствор 4-диэтиламиноазобензола в этиловом спирте, для обнаружения несимметричного диметилгидразина (гептила) и аммиака используют 10-20% раствор ацетата кобальта (II) в дистиллированной воде.
Для устранения недостатков существующего способа нами вместо обычного водорастворимого крахмала в способе обнаружения окислителей применен водорастворимый крахмал, получаемый методом дополнительной его обработки. Данный метод заключается в том, что осуществляют нагревание и выдерживание крахмала в глицерине при температуре 190°С в течение около 0,5 часа с периодическим отбором пробы на растворимость в холодной воде до отсутствия выпадения крахмала в осадок.
Для обнаружения веществ щелочного и кислого характера, несимметричного диметилгидразина и аммиака в предлагаемом способе применены соответствующие индикаторные составы, указанные выше.
Результаты сравнительных испытаний известного и предлагаемого способов приведены в таблице 1.
Как следует из данных таблицы 1, при применении предлагаемого способа с дополнительно обработанным крахмалом не наблюдается его выпадение из рецептуры в виде осадка в течение не менее 2 лет, сохранение чувствительности, наглядности индикационного эффекта и работоспособности аэрозольного устройства, что существенно улучшает характеристики предлагаемого способа.
Определение наличия несимметричного диметилгидразина ранее проводили путем индикации, включающим его контактирование с реагентом индикаторной рецептуры с переходом окраски, контактирование осуществляли на поверхности путем распыления индикаторной рецептуры с использованием аэрозольного устройства, выполненного в виде герметичного корпуса, заправленного рецептурой, с распылительной головкой, а в качестве рецептуры использовали растворы хлорида, нитрата или сульфата кобальта (II) в воде, при этом аэрозольное устройство можно было заправлять реагентом многократно.
Как показали испытания рецептуры, с помощью последней могут быть обнаружены и другие восстановители, в частности аммиак.
Недостатком данного способа является то, что в процессе хранения вследствие протекания процесса гидролиза солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием - хлорида, нитрата или сульфата кобальта, выделяются сильные неорганические кислоты, соответственно соляная, азотная и серная, что приводит к смещению рН раствора в кислую сторону, усилению вследствие этого коррозии и преждевременному приходу в негодность металлических элементов распылительного устройства.
Для устранения этого недостатка нами в предлагаемом способе в качестве индикаторной рецептуры аэрозольного устройства применен раствор ацетата кобальта. При гидролизе данной соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием, в процессе хранения образуется слабая органическая кислота - уксусная кислота, и слабое основание, pH раствора при этом меняется незначительно и рецептура обладает значительно меньшей способностью вызывать коррозию металлических элементов распылительного устройства.
Результаты сравнительных испытаний известного и предлагаемого способов приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты сравнительной оценки известного и предлагаемого способов обнаружения НДМГ
Как следует из данных таблицы 2, чувствительность и наглядность получаемого индикационного эффекта по предлагаемому способу после 2 лет хранения аэрозольного устройства не ухудшаются, а распылительное устройство длительное время сохраняет свою работоспособность.
Для обнаружения веществ щелочного характера ранее использовались индикаторные бумажки и билеты. Недостатком этого способа является то, что бумаги и билеты позволяют проводить обнаружение только непосредственно в месте их контакта с обследуемой поверхностью. При этом необходим непосредственный контакт оператора с анализируемой поверхностью, невозможно проводить обнаружение зараженности поверхностей, к которым ограничен доступ руки оператора.
Для устранения этих недостатков нами предлагается способ аэрозольного распыления индикаторной рецептуры на анализируемую поверхность. При этом использовано свойство индикатора фенолфталеина мгновенно изменять окраску от бесцветной до малиновой в щелочной среде. Исходя из этого нами в предлагаемом способе индикатор применяется в виде аэрозоля, создаваемого с помощью аэрозольного устройства, причем индикатор представляет собой 0,5-1% раствор фенолфталеина в этиловом спирте.
Результаты обнаружения веществ щелочного характера по известному предлагаемому способу приведены в таблице 3.
Использование раствора меньшей концентрации приводит к ухудшению наглядности получаемого индикационного эффекта. Применение раствора большей концентрации не приводит к существенному улучшению индикационного эффекта, ограничено растворимостью фенолфталеина в спирте и увеличением расхода индикатора.
Для обнаружения веществ кислого характера ранее также использовался способ с применением индикаторных бумаг и билетов.
Нами применен способ аэрозольного распыления индикаторной рецептуры на обследуемую поверхность. При этом использована способность индикатора метилового красного мгновенно изменять окраску от желтой до красной при переходе от нейтральной до кислой среды (в интервале pH 4,4-6,2).
Индикатор метиловый желтый изменяет окраску от желтой до красной в более кислом интервале pH (2,9-4,0). Учитывая то, что оба индикатора одинаково изменяют окраску от желтой до красной в кислой среде, нами рекомендовано использование спиртовых растворов как каждого из них в отдельности, так и их смеси в объемном соотношении 1:1.
Исходя из этого для обнаружения веществ кислого характера в предлагаемом нами способе используется аэрозольное распыление индикаторной рецептуры, представляющей собой раствор одного или смеси двух индикаторов метилового красного и метилового желтого в объемном соотношении 1:1 в этиловом спирте с общей концентрацией индикатора 0,05-0,1%. Использование более разбавленного раствора индикатора приводит к ухудшению чувствительности и наглядности индикационного эффекта. Более концентрированный раствор не может быть приготовлен из-за ограниченной растворимости индикаторов в спиртовом растворе. Кроме того, наличие темной окраски индикаторного раствора в этом случае маскирует индикационный эффект.
Для повышения чувствительности, наглядности и достоверности обнаружения слабых органических кислот типа уксусной кислоты, в качестве индикаторной рецептуры аэрозольного устройства предлагается использовать 0,05-0,1% раствор 4-диэтиламиноазобензола в этиловом спирте.
Для получения наглядного индикационного эффекта на поверхности объектов с помощью предлагаемых аэрозольных устройств необходимо было обеспечить нанесение на обследуемую поверхность монодисперсной струи мелкодисперсного аэрозоля индикаторной рецептуры.
Ранее для распыления жидкостей широко применялись фтор- и хлорсодержащие фреоны. В настоящее время ввиду их разрушающего воздействия на озоновый слой атмосферы применение фреонов существенно ограничено.
Для распыления рецептур нашли широкое применение способы, основанные на создании в аэрозольном устройстве избыточного давления за счет азота азота или атмосферного воздуха.
Однако применение сжатого азота в качестве реппелента требует наличия специальных установок для его получения и заправки аэрозольных устройств.
Применение сжатого воздуха может быть обеспечено самой конструкцией аэрозольного устройства. При этом давление воздуха создается путем многократного нажатия на специальную грушу по типу распыления одеколона в парикмахерской.
Недостатком данного способа является необходимость наличие второго канала для выхода распыляемой рецептуры.
В последнее время используются аэрозольные устройства, давление сжатого воздуха в которых создается за счет многократного нажатия на распылительную головку насоса.
Кроме того, обычные распылительные устройства, как правило, не позволяют получить струю мелкого монодисперсного аэрозоля, что приводит к размыванию индикационного эффекта на поверхности объектов.
Поэтому нами применен способ распыления, основанный на создании давления с помощью специальной конструкции насоса-распылителя.
При многократном нажатии на головку насоса-распылителя во флаконе создается избыточное давление воздуха и за счет этого осуществляется подача индикаторной рецептуры в насос-распылитель с последующим ее распылением на анализируемую поверхность.
Конструкция аэрозольного устройства и примененного насоса-распылителя приведены на фиг.1, 2.
Аэрозольное устройство для обнаружения агрессивных химических веществ представляет собой баллончик объемом 150 мл, снабженный распылителем и заполненный соответствующей индикаторной рецептурой на агрессивные химические вещества.
Аэрозольное устройство (АУ), представленное на фиг. 1, состоит из двух составных частей - насоса-распылителя 1 и флакона 2. В свою очередь, насос-распылитель в соответствии с фиг. 2 состоит из следующих деталей: колпачка 3, кнопки 4, корпуса насоса-распылителя 5, прокладки 6, поршня 7, корпуса запора 8, шарика 9, основания запора 10, пружины 11, корпуса клапана 12, трубки 13. Диаметр флакона и высота АУ выбраны с учетом антропометрических признаков мужчин в соответствии с ГОСТ В 21114.
Примененное АУ также удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51760, предъявляемым к таре потребительской полимерной. Аэрозольное устройство изготовлено из материалов, стойких к индикаторной рецептуре.
Преимущества применения способа с аэрозольным устройством перед известными способами, в частности перед бумажкой индикаторной или салфеткой индикаторной, состоят в следующем:
более долгий срок хранения индикаторной рецептуры (более 2-х лет); отсутствие необходимости использования дополнительных реактивов для проведения обнаружения;
отсутствие необходимости непосредственного контакта оператора с анализируемой поверхностью;
многократность использования одной упаковки (не менее 100 раз), что позволяет многократно определять загрязнение поверхности объекта; сохранение работоспособности в интервале температур от минус 5 до плюс 40°С;
обеспечивается большая площадь контроля;
Предлагаемое аэрозольное устройство (фиг. 1) для экспресс-обнаружения агрессивных химических веществ на поверхностях объектов отличается тем, что за счет подбора материала и взаимного расположения деталей относительно друг друга обеспечивается орошение поверхности монодисперсной струей индикаторной рецептурой, что исключает размывание индикационного эффекта.
Проведенное опытное хранение показало стабильность предлагаемых индикаторных рецептур при хранении и сохранение работоспособности предлагаемого способа с аэрозольными устройствами в течение не менее 2 лет.
Технический результат, который может быть достигнут в результате использования предлагаемого изобретения, - обеспечение быстрого обнаружения наличия на больших площадях обследуемых поверхностей следов всех типов агрессивных химических веществ. При этом обнаружение данных веществ осуществляется последовательным применением всех четырех аэрозольных устройств.
Если характер загрязнения поверхности известен, то используют последовательно одно или несколько соответствующих аэрозольных устройств.