Введение к работе
Актуальность. За последние десятилетия особую актуальное іь
приобрели вопросы, связанные с защитой атмосферы от загрязнений. По сравнению с другими объектами природной среды (вода, почва, растительность) атмосфера характеризуется большей пространственной мобильностью и высокой степенью распространения локальных выбросов токсичных веществ.
Загрязняющее действие вредных компонентов определяется их индивидуальными свойствами и способностью взаимодействовать с другими веществами, содержащимися в воздухе. Они изменяют природный состав атмосферы, что сопровождается серьезными последствиями -угрозой для здоровья людей и животных; разрушением окружающей среды или некоторых ее частей (природных регионов, районов проживания или трудовой деятельности); ухудшением условий труда (например, появление неприятных запахов, снижение видимости).
В связи с этим принципиальное значение приобретает надежность аналитического контроля за состоянием воздушной среды. С целью решения экопого-аналитических задач, направленных, в частности, на снижение пределов обнаружения загрязняющих веществ, требуется разработка новых способов их определения, в том числе селективного.
Приоритетное место среди загрязнителей воздуха занимают легколетучие органические соединения синтетического и природного происхождения, наприм.р, алифатические спирты С3-С4. Значительное количество спиртов содержится в выбросах производств органическою синтеза, каучука, лаков и красок, пластмасс, сложных эфиров , растворителей, пластификаторов, нефтехимических, фармацевтических и пногих других предприятий. Определение загрязнителей воздуха со пряжено с известными трудностями, например, невозможностью установления приборов в местах локальных выбросов загрязнителей и осуществления анализа в режиме "on line", с отсутствием дорогостов,: -го оборудования и реактивов.
Спирты С3-С„ оказывают общетоксическое и раздражающее ярйо; вие на слизистую оболочку и кожу. Бутиловые спирты адсорГі.-о.-'і
Неповрежденной КОЖеЙ, ИЗОПрОПИЛОВЫЙ СПИрТ В бОЛЬ^ИХ кОїіЦС-іГ, (,<.,ч...- -
проявляет наркотические свойства. Предельно допустимые кон дон -,.-,-ции спиртов С3-Са в воздухе находятся на одном уровне с ПДК изьес-ных токсикантов (табл.1).
Таблица 1 Предельно допустимые усредненные во времени концентрации (TL) и максимальные концентрации на рабочем месте (МАК) паров токсичных соединений
В скобках указаны классы опасности токсикантов
Для определения спиртов в воздухе применяют экспрессные хро-матографические методы, характеризующиеся низкими пределами обнаружения и погрешностью не более 10 %. Однако хроматографическое определение спиртов ограничено ввиду сложности аппаратурного оформления и высоких экономических затрат. Стадии отбора и консервации пробы воздуха снижают надежность получаемых результатов и не позволяют достаточно точно оценить содержание вредных веществ в воздухе.
Для определении спиртов С3-С4 в воздухе нами применены модифицированные пьезокварцевые сенсоры объемно-акустических волн. Они используются как детекторы в газовой хроматографии и датчики в методах тест-контроля за содержанием вреднодеиствующих веществ в промышленных выбросах и атмосфере.
Цель работы - разработка новых способов определения легколетучих алифатических спиртов в воздухе на уровне ПДК -в рабочей зоне с применением модифицированных пьезокварцевых сенсоров. В задачи исследования входило:
изучение природы взаимодействий в системе сорбат-сорбент;
оценка сродства модификаторов резонатора по отношению к спиртам о3-С4;
'- оптимизация режима работы модифицированного резонатора;
- построение изотерм сорбции спиртов и выделение их области линей
ности.
Наумная_ новизна ..работы. Впервые для определения спиртов СГС, в воздухе с применением пьезокварцевого сенсора на основе объемно-акустических волн предложен широкий выбор сорбентов (полиолы, фос -финоксиды, пирролидон, сложные эфиры, силиконы) для модифицирования электродов резонатора.
Разработаны и обоснованы условия суммарного и раздельного он -ределения гомологов и изомеров спиртов С3-С4 в воздухе:
вычислены время половинной сорбции и десорбции спиртов;
рассчитаны коэффициенты селективности;
построены и интерпретированы изотермы сорбции спиртов;
выведены уравнения регрессии, описывающие области Генри; ..
обусловлен выбор эффективного легколетучего растворителя модификатора;
установлены оптимальные время сушки пленки сорбент;.-), масса сорбента и расход воздуха, продолжительности сорбции и десорбции спиртов.
Научная новизна работы подтверждена материалами Госкомизобре--гений РФ (Приложение).
Пракхиуеская__значимос.ть._шботы. Разработаны способы селективного и суммарного определения алифатических легколетучих спиртов С3-С4 в воздухе на .уровне ПДК. рабочей зоны с применением модифицированных пьезокварцевых сенсоров отечественного производства. Применение сорбентов повышает чувствительность сенсоров по отношению к спиртам, надежность определения и воспроизводимость результатов.
Оптимальные условия модификации электродов пьезокварцевого сенсора и сорбции спиртов позволяют эффективно сорбировать спирты и определять их в присутствии гомологов и изомеров, а также сопутствующих примесей.
Для количественного анализа с помощью регрессионного анализа найдены области концентраций спиртов. Обоснованы условий получения аналитического сигнала, значительно повышающие экспрессность определения .
Мобильность и низкие экономические затраты позволяют широко использовать такие сенсоры в заводских лабораториях и непосредственно в местах локальных выбросов загрязнителей в атмосферу.
Методики селективного и суммарного определения спиртов С3-С4 в воздухе апробированы и используются в ОАО "Украинский научный центр технической экологии".
К_защи1в_предса:аелены:
выбор эффективного растворителя и оптимизация продолжительности термической обработки модифицированного сенсора;
оптимизация режима работы модифицированного пьезо.кварцевого сенсора (масса, сорбента, расход воздуха);
кинетика и изотермы сорбции-десорбции спиртов С3-С4, описываемые уравнениями регрессии;
влияние природы сорбента и сорбата на эффективность -Сорбции спиртов;
новые способы раздельного определения алифатических спиртов в воздухе в присутствии гомологов и изомеров с применением сенсоров, модифицированных лукойлом и полиэтиленгликоль адипинатом;
новые способы суммарного определения спиртов С3-С4 в воздухе с применением пьезокварцевых сенсоров, модифицированных полиэтиленг-ликолем 2000, триоктилфосфиноксидом и тритоном Х-100.
Апробация работы. Основные положения диссертации изложены в 9 статьях, 3 изобретениях РФ, 5 бюллетенях Воронежского ЦНТИ; опубликованы тезисы 10 докладов . Отдельные разделы работы доложены на: XI Szkola Fizykochemicznych Metod Rozdzielania Miezanin "ARS SEPARATORIA" (Польша; Minikowo, 1996, 1997); Всероссийской конференции '"Экоаналитика" (Краснодар, 1996); International Ecological Congress (Воронеж, 1996); III International Symposium "Forum Chemiczne" (Польша, Warszawa, 1997); Всероссийской конференции молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Саратов, 1997); International Congress of Analytical Chemistry (Москва, 1997); XIV Всероссийской конференции "Пожарная безопасность - история, состояние, перспективы" (Москва, 1997), Международной конференции "XIV Научные чтения" (Белгород, 1997), а также на научных конференциях ВГТА (1995-1997).
Сір^ктлцж_ііл^ш_рабоін. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (137 источников) и приложения (материалы Госкомизобретений РФ, апробации и использования . практических разработок). Работа изложена на 119 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, 22 таблицы.