Спосіб визначення сумарної концентрації уайт-спіриту у промислових викидах з фотоколориметричним закінченням

Реферат: Спосіб визначення сумарної концентрації уайт-спіриту у промислових викидах з фотоколориметричним закінченням, у якому відібрану пробу газоповітряної суміші для аналізу пропускають через поглинальний апарат Полежаєва, заповнений індикаторним розчином калію біхромату у сірчаній кислоті, аліквоту якого після термічної обробки та охолодження аналізують фотоколориметричним методом з вимірюванням абсолютної оптичної густини індикаторного розчину. Вимірювання абсолютної оптичної густини індикаторного розчину виконують з використанням фотоелектричного колориметра у кюветі товщиною 5 мм для однієї проби при двох довжинах хвиль із діапазонів від 640 до 670 нм та від 690 до 720 нм. UA 98206 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ СУМАРНОЇ КОНЦЕНТРАЦІЇ УАЙТ-СПІРИТУ У ПРОМИСЛОВИХ ВИКИДАХ З ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧНИМ ЗАКІНЧЕННЯМ UA 98206 U UA 98206 U 5 10 15 20 25 Корисна модель належить до способів дослідження або аналізування матеріалів шляхом визначення їх хімічних або фізичних властивостей, а саме до дослідження та аналізування концентрацій парів та аерозолів уайт-спіриту у промислових викидах за допомогою оптичних засобів у системах, в яких уайт-спірит вступає у хімічну реакцію, хід та результат якої досліджується шляхом спостереження за дією на хімічних індикаторах зі змінюванням кольору. Відомий спосіб визначення сумарного вмісту вуглеводнів в аналізованій суміші [Пат. 7 2229122 Российская Федерация, МПК G01N 30/00, G01N 30/02, Способ определения суммарного содержания углеводородов в анализируемой смеси / Л.В. Сапрыкин, Д.А. Бозин, Т.В. Аджиева; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Научноисследовательский и проектный институт по переработке газа" ОАО "НИПИгазпереработка". № 2003104198/282003104198/28; заявл. 11.02.2003; опубл. 20.05.2004] методами хроматографічного розділення з детектуванням вуглеводнів у вигляді нерозділеного піка за допомогою полум'яно-іонізаційного детектора. Недоліком цього способу є необхідність складної та коштовної матеріально-технічної бази аналітичного контролю. Відомий візуально-колориметричний спосіб визначення бензину, гасу та уайт-спіриту у промислових викидах [Методика колориметрического определения бензина, керосина и уайтспирита / Руководство по аналитическому контролю газовых выбросов в атмосферу производств товаров бытовой химии. Сборник методик. - М: Министерство химической промышленности СССР. СОЮЗБЫТХИМ. - 1986. - С. 61-62], у якому газоповітряну суміш, що містить вуглеводні, пропускають через поглинальний апарат Полежаєва, заповнений індикаторним розчином калію біхромату у сірчаній кислоті, а кількісний вміст вуглеводнів у газоповітряній суміші визначають візуально-колориметричним порівнянням забарвлення охолодженого після термічної обробки індикаторного розчину з забарвленням градуювальних розчинів стандартної кольорової шкали, а кількісний вміст уайт-спіриту у пробі газоповітряної суміші обчислюють за формулою: ab , cV 3 де C - кількісний вміст уайт-спіриту у пробі газоповітряної суміші, мкг/дм ; a - загальна кількість індикаторного розчину у поглинальному апараті Полежаєва, мл; b - кількість уайтC 30 35 40 45 спіриту у індикаторному розчині, визначена візуально-колориметричним порівнянням з градуювальними розчинами стандартної кольорової шкали, мкг; c - аліквота індикаторного розчину, взята для визначення b , мл; V - об'єм газоповітряної суміші, яку пропустили через поглинальний апарат Полежаєва, приведений до нормальних умов, л. Недоліком цього способу є низька чутливість та точність визначення вмісту вуглеводню через значну похибку візуального детектування аналітичного сигналу, а саме: зміни кольору поглинального розчину від світло-жовтого до темно-коричневого забарвлення за рахунок утворення продуктів окиснення поглинутих вуглеводнів. Найближчим аналогом є спосіб кількісного визначення ненасичених вуглеводнів [Пат. 7 2147742 Российская Федерация, МПК G01N 21/78, Способ количественного определения непредельных углеводородов / Т.И. Ногачева, Л.А. Бондарева; заявитель и патентообладатель Орловский государственный технический университет. - № 98113282/28; заявл. 07.07.1998; опубл. 20.04.2000], який полягає у тому, що відібрану пробу газоповітряної суміші для аналізу прокачують через індикаторний водний розчин калію перманганату, який потім аналізують фотоколориметричним методом з вимірюванням абсолютної зміни оптичної щільності розчину, яку використовують для обчислення вмісту ненасичених вуглеводнів у пробі за розрахунковою формулою: m угл  15  М угл  V  D ,  b , де m угл - кількісний вміст ненасиченого вуглеводню у пробі повітря для дослідження, г; 50 М угл - молярна маса досліджуваного вуглеводню, г/моль; V - об'єм індикаторного розчину, л; D - абсолютна зміна оптичної щільності індикаторного розчину;  - малярний коефіцієнт екстенції водного розчину калію перманганату, л/мольсм; b - ширина кювети, см. Недоліком цього способу є низькі метрологічні характеристики методики вимірювання через невизначеність умов фотоколориметричного детектування аналітичного сигналу та 1 UA 98206 U 5 10 15 неможливість використання водного розчину калію перманганату як індикаторного розчину для аналізу газоповітряної суміші, що містить уайт-спірит. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає у підвищенні чутливості та точності визначення сумарної концентрації уайт-спіриту у промислових викидах за рахунок визначення критичних умов фотоколориметричного детектування аналітичного сигналу, зміни індикаторного розчину та зменшення впливу суб'єктивної оцінки оператора на кінцевий результат вимірювання. 1. Суть корисної моделі: спосіб визначення сумарної концентрації уайт-спіриту у промислових викидах з фотоколориметричним закінченням, у якому відібрану пробу газоповітряної суміші для аналізу пропускають через поглинальний апарат Полежаєва, заповнений індикаторним розчином калію біхромату у сірчаній кислоті, аліквоту якого після термічної обробки та охолодження аналізують фотоколориметричним методом з вимірюванням абсолютної оптичної густини індикаторного розчину, в якому, згідно з корисною моделлю, вимірювання абсолютної оптичної густини індикаторного розчину виконують з використанням фотоелектричного колориметра у кюветі товщиною 5 мм для однієї проби при двох довжинах хвиль із діапазонів від 640 до 670 нм та від 690 до 720 нм, а кількісний вміст уайт-спіриту у пробі газоповітряної суміші обчислюють за формулою: K  a  CD , V 3 де C - кількісний вміст уайт-спіриту у пробі газоповітряної суміші, мкг/дм ; a - загальна кількість індикаторного розчину у поглинальному апараті Полежаєва, мл; CD - концентрація C 20 25 30 35 40 45 50 55 уайт-спіриту у аліквоті індикаторного розчину, обчислена за оберненою функцією залежності абсолютного значення оптичної густини індикаторного розчину від вмісту уайт-спіриту у 3 калібрувальному розчині, мкг/см ; K - кратність розведення аліквоти індикаторного розчину, взятої для вимірювання абсолютного значення оптичної густини індикаторного розчину; V об'єм газоповітряної суміші, яку пропустили через поглинальний апарат Полежаєва, 3 приведений до нормальних умов, дм . Також, згідно з корисною моделлю, для обчислення концентрації уайт-спіриту у аліквоті 3 індикаторного розчину у діапазоні розрахункових значень до 700 мкг/см використовують абсолютне значення оптичної густини індикаторного розчину, вимірюване при довжині хвилі від 690 до 720 нм, а в інших випадках використовують абсолютне значення оптичної густини індикаторного розчину, вимірюване при довжині хвилі від 640 до 670 нм. Також, згідно з корисною моделлю, для вимірювання абсолютного значення оптичної густини індикаторного розчину виконують після однієї години з моменту охолодження розчину до температури 21 °C. Відмінність заявленого способу від найближчого аналога полягає у визначенні критичних умов фотоколориметричного детектування аналітичного сигналу, а саме довжини хвилі, для якої спостерігається максимальне поглинання видимого спектра світла на всьому діапазоні вимірювання концентрації уайт-спіриту у розчині, який аналізується. На кресленні наведено графіки залежностей оптичної густини (D) від довжини хвилі спектра поглинання у модельних розчинах (з різною концентрацією уайт-спіриту), отриманих згідно з заявленим способом. Як видно з графіків залежностей, наведених на фігурі 1, для концентрацій 3 модельних розчинів до 700 мкг/см спостерігається пік у спектрі поглинання при довжині хвилі 3 від 690 до 720 нм, а для концентрацій модельних розчинів від 700 мкг/см спостерігається пік у спектрі поглинання при довжині хвилі від 640 до 670 нм. Лінійно-інтервальний характер зміни оптичної густини спостерігається у зазначених діапазонах концентрацій уайт-спіриту та 3 характерних довжинах хвиль: для концентрацій від нуля до 700 мкг/см при довжині хвилі від 3 690 до 720 нм, для концентрацій від 700 до 2500 мкг/см при довжині хвилі від 640 до 670 нм. Цим пояснюється вибір цих специфічних діапазонів хвиль для детектування аналітичного сигналу в рамках заявленого способу. Дані залежностей, наведені на кресленні, засвідчують можливість використання фотоколориметричного методу для детектування аналітичного сигналу у розчинах, згідно з заявленим способом. Приклад реалізації заявленого способу. Заздалегідь аналогічно до заявленого способу визначають залежність абсолютного значення оптичної густини індикаторного розчину від вмісту уайт-спіриту у калібрувальному 3 розчині з відомою концентрацією уайт-спіриту від 100,0 до 2500,0 мкг/см . За результатами виконання вимірювань отримані такі рівняння функцій: -5 а) при довжині хвилі 710 нм: CD=510 D+0,0277; 2 UA 98206 U б) при довжині хвилі 660 нм: CD=810 D+0,0163. На першому етапі способу виконують приготування індикаторного розчину калію біхромату у 3 сірчаній кислоті. Для цього наважку калію біхромату масою 4 г розчинили у 1000 см сірчаної 3 кислоти, щільністю 1,84 г/см . Далі два поглинальних апарати Полежаєва наповнюють індикаторним розчином в об'ємі 3 3 см кожен. Після чого поглинальні апарати з'єднують послідовно до аспіраційної системи відбору проб газоповітряної суміші промислових викидів. Насичення індикаторного розчину парами та аерозолями уайт-спіриту у газоповітряній суміші виконували протягом 30 хвилини зі 3 швидкістю руху газоповітряної суміші 0,2 дм за хвилину у перерахунку на нормальні умови. Таким чином, в рамках прикладу, об'єм газоповітряної суміші, яку пропустили через 3 поглинальний апарат Полежаєва, приведений до нормальних умов, складає 0,2×30=6 дм . Після цього насичений індикаторний розчин з обох поглинальних апаратів переносять до пробірки. Після цього протягом 30 хвилин пробірку з насиченим індикаторним розчином термічно оброблюють на водяній бані. Після цього пробірку з насиченим індикаторним розчином охолоджують до кімнатної температури. Після охолодження пробірки об'єм насиченого індикаторного розчину доводять 3 поглинальним розчином до об'єму 10 см . Таким чином, кратність розведення аліквоти індикаторного розчину складає 10/6 або 1,67. Після цього пробірку закривають притертою пробкою та залишають на одну годину. По закінченні цього строку для аліквоти індикаторного розчину з використанням фотоколориметра КФК-3 послідовно вимірюють абсолютну оптичну густину при довжині хвилі 710 нм та 660 нм у кюветі товщиною 5 мм. В рамках прикладу середній результат виміряної абсолютної оптичної густини з трьох послідовних вимірювань склав: а) 0,088 при довжині хвилі 710 нм; б) 0,103 при довжині хвилі 660 нм. Після цього за оберненими функціями залежностей абсолютного значення оптичної густини індикаторного розчину від вмісту уайт-спіриту у калібрувальному розчині обчислюють концентрацію уайт-спіриту у аліквоті індикаторного розвину, використовуючи середні результати абсолютної оптичної густини охолодженого індикаторного розчину. В рамках прикладу результат обчислення склав: 3 а) при довжині хвилі 710 нм CD=1242,15 мкг/см ; 3 б) при довжині хвилі 660 нм: CD=1060,62 мкг/см . Так як результат обчислення концентрації уайт-спіриту у аліквоті індикаторного розчину 3 перевищує 700 мкг/см , для подальшого обчислення кількісного вмісту уайт-спіриту у пробі газоповітряної суміші використовуємо значення CD при довжині хвилі 660 нм. На заключному етапі, згідно з заявленим способом, обчислюють кількісний вміст уайтспіриту у пробі газоповітряної суміші за формулою: -5 5 10 15 20 25 30 35 K  a  CD 167  6  1060,62 ,   177124 , , V 6 3 де C - кількісний вміст уайт-спіриту у пробі газоповітряної суміші, 1771,24 мкг/дм ; a загальна кількість індикаторного розчину у поглинальному апараті Полежаєва, 6 мл; CD C 40 45 50 концентрація уайт-спіриту у аліквоті індикаторного розчину, обчислена за оберненою функцією залежності абсолютного значення оптичної густини індикаторного розчину від вмісту уайт3 спіриту у калібрувальному розчині, 1060,62 мкг/см ; K - кратність розведення аліквоти індикаторного розчину, взятої для вимірювання абсолютного значення оптичної густини індикаторного розчину, 1,67; V - об'єм газоповітряної суміші, яку пропустили через 3 поглинальний апарат Полежаєва, приведений до нормальних умов, 6 дм . Таким чином, заявлена корисна модель забезпечує: визначення сумарної концентрації уайтспіриту у промислових викидах, підвищення чутливості та точності визначення сумарної концентрації уайт-спіриту у промислових викидах, зменшення впливу суб'єктивної оцінки оператора на кінцевий результат вимірювання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Спосіб визначення сумарної концентрації уайт-спіриту у промислових викидах з фотоколориметричним закінченням, у якому відібрану пробу газоповітряної суміші для аналізу пропускають через поглинальний апарат Полежаєва, заповнений індикаторним розчином калію біхромату у сірчаній кислоті, аліквоту якого після термічної обробки та охолодження аналізують 3 UA 98206 U 5 фотоколориметричним методом з вимірюванням абсолютної оптичної густини індикаторного розчину, який відрізняється тим, що вимірювання абсолютної оптичної густини індикаторного розчину виконують з використанням фотоелектричного колориметра у кюветі товщиною 5 мм для однієї проби при двох довжинах хвиль із діапазонів від 640 до 670 нм та від 690 до 720 нм, а кількісний вміст уайт-спіриту у пробі газоповітряної суміші обчислюють за формулою: K  a  CD , V 3 де C - кількісний вміст уайт-спіриту у пробі газоповітряної суміші, мкг/дм ; a - загальна кількість індикаторного розчину у поглинальному апараті Полежаєва, мл; C D - концентрація C 10 15 20 25 уайт-спіриту у аліквоті індикаторного розчину, обчислена за оберненою функцією залежності абсолютного значення оптичної густини індикаторного розчину від вмісту уайт-спіриту у 3 калібрувальному розчині, мкг/см ; K - кратність розведення аліквоти індикаторного розчину, взятої для вимірювання абсолютного значення оптичної густини індикаторного розчину; V об'єм газоповітряної суміші, яку пропустили через поглинальний апарат Полежаєва, 3 приведений до нормальних умов, дм . 2. Спосіб визначення сумарної концентрації уайт-спіриту у промислових викидах з фотоколориметричним закінченням за п. 1, який відрізняється тим, що для обчислення концентрації уайт-спіриту у аліквоті індикаторного розчину у діапазоні розрахункових значень до 3 700 мкг/см використовують абсолютне значення оптичної густини індикаторного розчину, вимірюване при довжині хвилі від 690 до 720 нм, а в інших випадках використовують абсолютне значення оптичної густини індикаторного розчину, вимірюване при довжині хвилі від 640 до 670 нм. 3. Спосіб визначення сумарної концентрації уайт-спіриту у промислових викидах з фотоколориметричним закінченням за п. 1, який відрізняється тим, що вимірювання абсолютного значення оптичної густини індикаторного розчину виконують після однієї години з моменту охолодження розчину до температури 21 °C. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4