METHOD FOR SEPARATORY DETERMINATION OF AMINES OF DIFFERENT STRUCTURE IN GAS-AIR MIXTURES
СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМИНОВ РАЗЛИЧНОГО СТРОЕНИЯ В ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЯХ

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано для раздельного определения аминов различного строения в газовоздушной смеси с применением статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос».
Известно, что амины различного строения в смеси невозможно идентифицировать традиционными методами качественного анализа без предварительного разделения, поэтому для идентификации и количественного определения аминов различного строения применяют газожидкостную хроматографию [Akyuz Mehmet // Talanta. - 2007. 71, №1. - С.486-492].
Недостатки способа: энергоемкое аппаратурное оформление, длительность и многостадийность анализа (приготовление растворов, длительная пробоподготовка).
Технической задачей изобретения является разработка способа раздельного определения аминов различного строения в газовоздушной смеси, обеспечивающего надежность, точность, экспрессность и простоту детектирования за счет применения статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» и специального алгоритма обработки результатов.
3
Для решения технической задачи изобретения предложен способ раздельного определения аминов различного строения в газовоздушной смеси, характеризующийся тем, что параметрический массив многоканального анализатора газов типа «электронный нос» формируют из 3-х пьезосенсоров с собственной частотой колебаний 10 МГц, электроды которых модифицируют, для чего на их поверхность равномерно наносят в качестве сорбентов пленки из индивидуальных ацетоновых растворов кислотно-основных индикаторов бромкрезолового синего (БКС), бромтимолового синего (БТС), бромфенолового синего (БФС) массой 10-15 мкг с последующим высушиванием при температуре 40°C в течение 15 мин для удаления растворителя, помещают в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» и выдерживают в нем в течение 5 мин для установления стабильного нулевого сигнала, далее отбирают пробу твердого вещества массой 2 г или жидкости объемом 3 мл, помещают ее в бюкс объемом 10 см с полиуретановой мембраной на крышке, подогревают до температуры 20±2°C, выдерживают в бюксе в течение 10 мин для насыщения газовой фазы парами веществ анализируемой пробы, затем отбирают шприцем через полиуретановую мембрану 3 см равновесной газовой фазы и инжектируют ее в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос», фиксируют частоту колебаний пьезосенсоров в течение трех минут, по интегральному алгоритму формируют суммарный аналитический сигнал в виде кинетического «визуального отпечатка» откликов пьезосенсоров через 5 с и 180 с после инжектирования паров пробы в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос», наличие аминов различного строения определяют по форме кинетических «визуальных отпечатков», которые сопоставляют со стандартами, полученными для чистых аминов того же строения, регенерацию пьезосенсоров и корпуса статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» производят осушенным лабораторным воздухом, подающимся в корпус с помощью компрессора в течение 120 с.
Технический результат изобретения заключается в повышении экспрессности (время анализа не превышает 15 минут), точности, воспроизводимости и надежности определения малых количеств, на уровне микрограмм, аминов различного строения, в обеспечении простоты обработки результатов определения и принятия по этим данным решения.
На фиг.1 изображены кинетические «визуальные отпечатки» откликов трехпараметрического массива пьезосенсоров через 5 с и 180 с после инжектирования паров пробы чистых аминов в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос»:
стандарт 1 - триэтиламин (алифатический амин),
стандарт 2 - циклогексиламин (алифатический циклический амин),
стандарт 3 - N-метиланилин (ароматический амин).
На фиг.2 представлены кинетические «визуальные отпечатки» откликов пьезосенсоров через 5 с и 180 с после инжектирования паров проб смесей алифатических и ароматических аминов в различных соотношениях в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос»:
проба 1 - смесь с содержанием алифатических аминов от 50 до 90 об.%, ароматических аминов от 49 до 10 об.% соответственно;
проба 2 - смесь с содержанием ароматических аминов от 50 до 90 об.%, алифатических аминов от 49 до 10 об.% соответственно.
Способ раздельного определения аминов различного строения в газовоздушных смесях реализуется следующим образом.
3
Параметрический массив статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» формируют из 3-х пьезосенсоров с собственной частотой колебаний 10 МГц, электроды которых модифицируют равномерным нанесением в качестве сорбентов на их поверхность пленок из индивидуальных ацетоновых растворов кислотно-основных индикаторов бромкрезолового синего (БКС), бромтимолового синего (БТС), бромфенолового синего (БФС) массой 10-15 мкг, подвергают их сушке при температуре 40°C в течение 15 мин для удаления растворителя. Пьезосенсоры помещают в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» и выдерживают 5 мин для установления стабильного нулевого сигнала. Отбирают пробу твердого вещества массой 2 г или жидкости объемом 3 мл, помещают ее в бюкс объемом 10 см с полиуретановой мембраной на крышке, подогревают до температуры 20±2°C, выдерживают в бюксе в течение 10 мин для насыщения газовой фазы парами веществ анализируемой пробы, затем отбирают шприцем через полиуретановую мембрану 3 см равновесной газовой фазы и инжектируют ее в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос». Фиксируют частоту колебаний пьезосенсоров в течение трех минут, по интегральному алгоритму формируют суммарный аналитический сигнал в виде кинетического «визуального отпечатка» откликов пьезосенсоров через 5 с и 180 с после инжектирования паров пробы в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» {фиг.1 и 2). Наличие аминов различного строения определяют по форме кинетического «визуального отпечатка», который сопоставляют с помощью специального программного обеспечения многоканального анализатора газов типа «электронный нос» со стандартами, полученными для чистых аминов (фиг.1). Регенерацию пьезосенсоров и корпуса статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» производят осушенным лабораторным воздухом, подающимся в корпус с помощью компрессора в течение 120 с.
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1. Продемонстрируем способ одновременного определения аминов различного строения в газовоздушных смесях на примере анализа модельных смесей различных классов аминов.
Индивидуальные амины (триэтиламин, циклогексиламин, N-метиланилин). Параметрический массив статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» формируют из 3-х пьезосенсоров с собственной частотой колебания 10 МГц, электроды которых модифицируют. Для чего на их поверхность равномерно наносят в качестве сорбентов пленки из индивидуальных ацетоновых растворов кислотно-основных индикаторов бромкрезолового синего (БКС), бромтимолового синего (БТС), бромфенолового синего (БФС) массой 10-15 мкг с последующим высушиванием при температуре 40°C в течение 15 мин для удаления растворителя и помещают в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» и выдерживают в нем в течение 5 мин для установления стабильного нулевого сигнала.
3
Отбирают пробы индивидуальных аминов (марка ч.д.а.) объемом 3 мл, помещают их в бюксы объемом 10 см с полиуретановой мембраной на крышке, подогревают до температуры 20±2°C, выдерживают в бюксе в течение 10 мин для насыщения газовой фазы парами индивидуальных аминов.
3
Через полиуретановую мембрану шприцем отбирают 3 смравновесной газовой фазы над амином, которую инжектируют в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос». Фиксируют частоту колебаний пьезосенсоров в течение трех минут, по интегральному алгоритму формируют суммарный аналитический сигнал проб-стандартов в виде кинетических «визуальных отпечатков» откликов пьезосенсоров через 5 с и 180 с после инжектирования паров чистых аминов в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» (фиг.1).
Регенерацию пьезосенсоров и корпуса статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» осуществляют осушенным лабораторным воздухом, подающимся в корпус с помощью компрессора в течение 120 с.
3
Готовят модельную смесь из индивидуальных аминов с содержанием алифатических аминов от 50 до 90 об.%, ароматических аминов от 49 до 10 об.% соответственно. Пробу модельной смеси объемом 3 мл помещают в бюкс объемом 10 см с полиуретановой мембраной на крышке, подогревают до температуры 20±2°C и выдерживают в бюксе в течение 10 минут для насыщения газовой фазы парами индивидуальных веществ смеси. Анализируют приготовленную смесь аналогично анализу индивидуальных аминов и получают для нее кинетический «визуальный отпечаток» откликов пьезосенсоров через 5 с и 180 с после инжектирования паров смеси в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» (фиг.2).
Наличие аминов различного строения в анализируемой модельной смеси определяют по форме кинетического «визуального отпечатка», который сопоставляют с «визуальными отпечатками» индивидуальных аминов (фиг.1). Так, для кинетического «визуального отпечатка» откликов пьезосенсоров через 5 с и 180 с после инжектирования паров пробы 1 в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» на фиг.2 установлены максимальные степени соответствия (оценивается программным обеспечением многоканального анализатора газов типа «электронный нос») с кинетическими «визуальными отпечатками» откликов пьезосенсоров через 5 с и 180 с после инжектирования паров стандарта 1 и стандарта 2 в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос».
Пример 2. Кинетические «визуальные отпечатки» проб-стандартов получают аналогично примеру 1. Готовят модельную смесь из индивидуальных аминов с содержанием ароматических аминов от 50 до 90 об.%, алифатических аминов от 49 до 10 об.% соответственно. Полученный кинетический «визуальный отпечаток» откликов пьезосенсоров через 5 с и 180 с после инжектирования паров пробы 2 в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» на фиг.2 сопоставляют с кинетическими «визуальными отпечатками» откликов пьезосенсоров через 5 с и 180 с после инжектирования паров чистых аминов в корпус статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос» (максимальная степень соответствия для стандарта 3).
Результаты анализа модельных смесей аминов представлены в таблице.
Продолжительность анализа с учетом пробоподготовки составляет 15 минут, время измерения 3 минуты, число измерений без обновления пленок на электродах сенсоров - 100. Продолжительность стадии нанесения пленок на электроды пьезосенсоров не превышает 45 минут. Точность определения составляет 82-95%.
Способ осуществим. Возможно раздельное определение аминов различного строения в газовоздушных смесях.
Как следует из примера, таблицы, фиг.1 и 2, предлагаемый способ позволяет повысить экспрессность, точность и надежность определения малых количеств на уровне микрограмм, аминов различного строения, обеспечить простоту обработки результатов и принятия решения, а также раздельно определить амины различного строения в газовоздушных смесях при использовании статического многоканального анализатора газов типа «электронный нос», параметрический массив которого формируют из 3-х пьезосенсоров с собственной частотой колебаний 10 МГц, электроды которых модифицируют равномерным нанесением на их поверхность в качестве сорбентов пленок из индивидуальных ацетоновых растворов кислотно-основных индикаторов бромкрезолового синего (БКС), бромтимолового синего (БТС), бромфенолового синего (БФС) массой 10-15 мкг.
Изменение массы пленок на электродах пьезосенсоров, природы сорбентов, алгоритмов обработки откликов пьезосенсоров приводит к увеличению ошибки анализа, небольшому различию кинетических «визуальных отпечатков» стандартов и анализируемых образцов, снижению точности и надежности вплоть до невозможности раздельного детектирования аминов.
Предложенный способ раздельного определения аминов различного строения в газовоздушных смесях позволяет:
- определить наличие аминов различного строения в растворах и твердых материалах;
- повысить экспрессность анализа;
- увеличить точность и воспроизводимость измерения;
- повысить надежность определения малых количеств, на уровне микрограмм, аминов различного строения;
- обеспечить простоту обработки результатов и принятия решения.
Результаты анализа модельных смесей аминов по заявляемому способу
Пример
Соответствие стандартам
Результат анализа проб
Стандарт 1
Стандарт 2
Стандарт 3
1 (Проба 1)
Соответствует на 80%
Соответствует на 90%
Соответствует на 40%
Содержит алифатические
2 (Проба 2)
Соответствует на 30%
Соответствует на 40%
Соответствует на 90%
Содержит ароматические