Экоаналитическая химия Лекция 4 13.12.2013 Екоаналітична хімія. Лекція 4. 2 Аналитическая химия воздуха. Экспресс-методы определения загрязнений. Определение. - презентация

1

2 Экоаналитическая химия Лекция 4

3 Екоаналітична хімія. Лекція 4. 2 Аналитическая химия воздуха. Экспресс-методы определения загрязнений. Определение отдельных загрязнителей Кулонометрические газоанализаторы. Стационарные и переносные приборы. Индикаторные трубки. Газовые сенсоры.

4 Неорганические газы Екоаналітична хімія. Лекція 4. 3 NH 3 поглощают H 2 SO 4, определяют с реактивом Несслера с lim = 1 мкг NH 3 HF поглощают фильтром с K 2 HPO 4, извлекают водой и определяют с F-СЭ с lim = мг/л

5 NO 2 поглощают KI, определяют с реактивом Грисса (нафтиламин + сульфаниловая кислота) с lim = мг/м Екоаналітична хімія. Лекція 4. 4

6 SO 2 поглощают KClO 3 и определяют нефелометрически после прибавления Pb(NO 3 ) 2 SO 2 + 2KClO 3 + H 2 SO 4 = 2ClO 2 + 2KHSO 4 KHSO 4 + Pb(NO 3 ) 2 = PbSO 4 + KNO 3 + HNO 3 H 2 S катализирует реакцию: I 2 + 2NaN 3 = 2NaI + 3N 2 Определяют убыль йода, пропорциональную H 2 S I 2 + HAsO 2 + 2H 2 O= 2I - + 2H + + H 3 AsO Екоаналітична хімія. Лекція 4. 5

7 O 3 определяют хемилюминисценцию пробы при ее обработке этиленом (λ = 253,7 нм) с lim = 2 мг/м Екоаналітична хімія. Лекція 4. 6

8 Екоаналітична хімія. Лекція 4. 7 Анализ вне лаборатории Анализ в реальном времени и реальном месте: Мониторинг атмосферного воздуха; Контроль качества воздуха рабочей зоны; Контроль безопасности на рабочем месте с системой предупреждения об опасности; Контроль выбросов в атмосферу.

9 Екоаналітична хімія. Лекція 4. 8 Мониторинг атмосферного воздуха Мониторинг- система повторных целенаправленных наблюдений за параметрами природной среды в динамике Ступени мониторинга: -наблюдение; -оценка состояния; -прогноз возможных изменений

10 Екоаналітична хімія. Лекція 4. 9 Анализ вне лаборатории: виды средств измерений Стационарные средства контроля непрерывного действия (мониторы; автоанализаторы воздуха; автоматические стационарные и передвижные станции ); Портативные средства контроля- газоанализаторы; Индикаторные трубки; Микроаппаратура (сенсоры).

11 Екоаналітична хімія. Лекція Анализ вне лаборатории: требования к методам анализа Измерения многократные, часто непрерывные, много точек контроля. Специфические требования: Пробоподготовка – как можно проще; Экспрессность; Возможность полной автоматизации; Небольшие габариты приборов; автономное электропитание; Доступная стоимость приборов; Стабильность градуировочной характеристики.

12 Екоаналітична хімія. Лекція Кулонометрические газоанализаторы Тitrilog – кулонометрический титратор; непрерывный контроль иприта в воздухе; Кулонометрические мониторы – стандартизованный метод контроля SO 2 в воздухе. Иприт - бис-хлороэтилсульфид; минимальная летальная концентрация 163,3 мг/м 3 SO 2, H 2 S; меркаптаны, органические сульфиды; Cl 2, O 3, HCl, NO, NO 2, CO.

13 Екоаналітична хімія. Лекція Кулонометрические газоанализаторы Автоматический режим кулонометрического титрования; Катодные реакции - помехи за счет восстановления О 2 ; в анодной области этих помех нет, не надо обновлять поверхность, продукты реакции растворимы; Электрогенерируемые титранты: I 2, Br 2 для определения восстановителей; KBr, KI для определения окислителей. i ~ c

14 Екоаналітична хімія. Лекція Кулонометрические газоанализаторы В растворе: SO 2 + Br 2 + 2H 2 O SO Br - + 4H +. Скорость воздуха: 500 мл/мин; Раствор: моль/л Br 2 в 0.1 моль/л KBr На аноде: 2Br - - 2е Br 2 Электроаналитические методы в контроле окружающей среды. М.: Химия, 1990, с.152

15 Екоаналітична хімія. Лекція Кулонометрические газоанализаторы Вспомогательные устройства для компенсации помех: Потери брома из-за восстановления на катоде; Улетучивание брома при пропускании воздуха; Индикаторная и генераторная цепи должны быть независимы. О 3 и NO 2 поглощают KI О 3 - кристаллы FeSO 4 SO 2 – асбест и твердый NaOH H 2 S – Ag- при 150 С NO в NO 2 с помощью озона : NO + O 3 NO 2 * + O 2 ; NO 2 * NO 2 + hν(свечение); NO 2 -триэтаноламин или ацетат натрия Селективность обеспечивают селективными фильтрами:

16 Последовательность фильтров и устройств для получения чистого воздуха: –воздушный насос; –фильтр для пыли; –генератор озона (NO NO 2 ); –активированный уголь (SO 2, NO 2, О 3 ); –NaOH (CO 2 ); –Ag – волокно, гопкалит (СО CO 2 ); –Силикагель (Н 2 О); –Регулятор объема потока Екоаналітична хімія. Лекція 4. 15

17 Екоаналітична хімія. Лекція Газоанализаторы: принцип хемилюминесценции ИСО стандартный метод измерения концентрации NO и NO 2 NO 2 NO + 1/2O 2 NO + O 3 NO 2 * + O 2 ; NO 2 * NO 2 + hν 400°С

18 Екоаналітична хімія. Лекція Газоанализаторы: принцип спектрофотометрии Схема ИК-анализатора для определения СО УФ-спектры поглощения оксидов азота и серы

19 Екоаналітична хімія. Лекція Газоанализаторы: принцип колориметрии Насос и ампулы для определения HCN Насос и ампулы для определения иприта Индикаторные трубки, насос и ампулы с реагентами

20 Индикаторные трубки для определения вредных веществ в воздухе ВеществоРеагент или принцип реакцииДиапазон определяемых содержаний, ppm SO 2 KIO 3 (выделение I 2 )5 – 14 NO 2 дифениламин2 – 200 NOо-дианизидин2 – 100 COI 2 O 5 (выделение I 2 )5 – 500 O3O3 обесцвечивание индигокармина0.1 – 2 Cl 2 образование тетрахлорфлуоресцеина 0.5 – 200 H2SH2SPb(CH 3 COO) 2 1 – 50 NH 3 бромфеноловый синий5 – 100; 10 – У/в нефти (С 5 -С 11 ) KIO 3 (выделение I 2 и продуктов осмоления) 100 – Екоаналітична хімія. Лекція 4. 19

21 Екоаналітична хімія. Лекція Газоанализаторы: ПИД (FID) Газоанализатор КОЛИОН -1В-01С для непрерывного контроля в воздухе рабочей зоны ЛОС и других соединений с енергией ионизации не выше 10.6 eV ; диапазон мг/м 3 ; время отклика 3 с; Звуковой и световой сигналы тревоги.

22 Екоаналітична хімія. Лекція Газоанализаторы мультидетекторные 2-детекторные газоанализаторы для измерения загрязнений воздуха: ФИД для определения ЛОС и др. токсичных соединений; электрохимический детектор для определения СО (КОЛИОН -1V-02), H 2 S (КОЛИОН -1V-03), NO 2 (КОЛИОН -1V-04 )

23 Екоаналітична хімія. Лекція Газоанализаторы мультидетекторные Портативный газовый анализатор PG-250 завода Horiba Измеряемые компоненты NO x /SO 2 /CO/CO 2 /O 2 (5 компонентов). Принцип анализа NO x ; хемилюминесценция ; SO 2 /CO/CO 2 : инфракрасная абсорбция. O 2 : гальваническая ячейка. Габариты 260 х 260 х 510 мм. Вес Приблизительно 17 кг.

24 Екоаналітична хімія. Лекція Газовые сенсоры Основные типы газовых сенсоров: Полупроводниковые. Твердоэлектролитные. Химически чувствительные полевые транзисторы (ХЧПТ). Масс-чувствительные сенсоры. Чувствительный элемент Сенсор ИЮПАК: Миниатюрный автоматический прибор для определения какого- то компонента, сочетающий детектор (сам сенсор) и устройство для обработки сигнала

25 Екоаналітична хімія. Лекція Полупроводниковые газовые сенсоры Полупроводники Полупроводники n- типа: SnO 2, ZnO, Fe 2 O 3, TiO 2, V 2 O 7, MnO 2, WO 3, ThO 2, CdO Полупроводники Полупроводники p- типа: CoO, Cu 2 O, NiO, Cr 2 O 3 p- типа: CoO, Cu 2 O, NiO, Cr 2 O 3. Ox Red

26 Екоаналітична хімія. Лекція Полупроводниковые газовые сенсоры Taguchi Gas Sensor – TGS: 1 – защитная сетка; 2 – полупроводник; 3 – никелевый контакт; 4 – спираль нагревателя Определение СО, метана, изобутана, водорода, этанола. Недостатки: невысокая селективность, дрейф сигнала, мало устойчивы к механическим загрязнителям

27 Екоаналітична хімія. Лекція Полупроводниковые газовые сенсоры Влияние размера частиц на чувствительность SnO 2 –газового сенсора к CO и H 2 Управление чувствительностью сенсоров: Легирующие добавки; Режим температурной обработки; Температура (нагревающее напряжение); Размер частиц оксида.

28 Екоаналітична хімія. Лекція Твердоэлектролитные газовые сенсоры Твердый электролит ZrO 2 и CaO; имеет проводимость по кислороду (О 2- ). Поверхность покрыта тонким слоем Pt, на которой адсорбируются молекулы кислорода. (O 2 ) Pt | ZrO 2, CaO | Pt (O 2 ) P 1 P 2, возникает разность потенциалов Лямбда-зонд (λ-зонд) Позволяет оценивать количество оставшегося свободного кислорода в выхлопных газах. Сигнал используется системой управления для поддержания оптимального (около 15:1) соотношения воздух :бензин в камерах сгорания.

29 Екоаналітична хімія. Лекція Масс-чувствительные газовые сенсоры: пьезоэлектрический эффект Кристалл кварца Золотой электрод диаметр 6 мм; Толщина 0.01 мм F – изменение частоты; F – частота; m – масса; S – площадь, покрытая золотой пленкой Пары воды- желатин, силикагель; SO 2 – амины (квадрол); Ртуть; СО – оксид ртути HgO; Взрывчатые вещества – Карбовакс 1000 Аммиак – В 6 ; H 2 S – копоть от горения хлорбензойной кислоты Квадрол -N,N,N,N – тетра-бис(2-гидрокси пропил)этилендиамин

30 Екоаналітична хімія. Лекція Спасибо за внимание!