CC BY
28
Профессор В.Ф.Трушков ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ФОТОПОЛИМЕРИЗУЮЩИХСЯ КОМПОЗИЦИЙ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ И АППАРАТУРЫ
Кировская государственная медицинская академия
Одной из причин практически полной неизученности существующих производств печатных плат является отсутствие высокочувствительных методов определения применяемых химических веществ и многокомпонентных смесей. До настоящего времени не имеется специфических методов анализа многих компонентов прогрессивных композиционных материалов и, следовательно, данных их биологического действия на организм, гигиенического нормирования. Указанное относится к большому количеству сложных эфиров этилен-триэтиленгликоля на основе уксусной, фталевой, метакриловой кислот и других основных компонентов, применяемых в производстве печатных плат. Существующие методы, как неспецифичные, не только не позволяют идентифицировать отдельные вещества, но и не дают возможности выделить их из общей массы сложных эфиров органических кислот.
Наиболее перспективны из имеющихся методов физико-химического анализа является хроматографический метод, который получил широкое применение в практике гигиенических исследований. С помощью его осуществляется аналитический контроль производственных процессов во многих отраслях промышленности. Расширяются возможности применения хроматографии для препаративного получения и тонкой очистки соединений многокомпонентных смесей.
К настоящему времени имеется большое количество вариантов хроматографического анализа. Значительным шагом вперед в развитии хроматографии явилась разработка принципиальных основ и практического применения газовой хроматографии. Высокая разделительная способность, строгая специфичность, относительная простота исполнения, возможность широко менять параметры опыта в зависимости от конкретных задач исследования позволили применять газовую хроматографию в аналитических целях.
Перед нами стояли задачи по газохроматографическому разделению многокомпонентных смесей, отличающихся сложностью химического строения изолированных веществ и малой летучестью. Все изучаемые вещества относятся к классу высококипящих соединений. Для анализа их необходимо проведение высокотемпературной хроматографии, предъявляющей особые требования к природе неподвижной фазы, газу-носителю, сорбенту, а также к детектору, дозатору и коммуникационным устройствам в отношении их термоустойчивости.
Решение всех поставленных аналитических задач по определению веществ в воздушной среде нами проводилось с помощью хроматографа ЛХМ-3МД. Прибор позволяет проводить анализ разнообразных веществ органического и неорганического характера при диапазоне температур от 40 до 350-400 С. Регистрация компонентов производится пламенно-ионизационным детектором в виде хроматографических пиков на диаграммной ленте электронного автоматического потенциометра ЭПП-0.9.
Правильный выбор детектора во многом обуславливает успешное проведение анализа. Детектор характеризуют в основном следующие величины:
1. Чувствительность.
2. Предел детектирования.
3. Линейный динамический диапазон.
4. Инертность.
Нами был выбран детектор ионизации пламени, отличающийся высокой чувствительностью. Детектор не чувствителен к воздуху и воде, что позволяет его использовать для анализа загрязнений в воздушной или другой среде. Поскольку в качестве газа-носителя решению аналитических задач в достаточной степени соответствуют азот и гелий - нами был выбран азот марки "чистый".
Из основных вариантов газовой хроматографии (газоадсорбционной и газожидкостной) был выбран второй вариант. Несмотря на то, что газоадсорбционная хроматография имеет определенные преимущества, заключающиеся в большой сорбционной способности набивок колонок, область применения этого варианта ограничивается малополярными низкокипящими веществами. Для анализа изучаемых соединений, являющихся высококипящими, газоадсорбционный вариант неприемлем. В связи с выбором газожидкостного варианта, дальнейшей задачей явился выбор твердого носителя и неподвижной фазы.
Успешное разделение веществ методом газожидкостной хроматографии зависит от природы, поверхности и структуры твердого носителя. Твердый носитель должен обладать достаточно развитой поверхностью, отсутствием каталитической активности, равномерностью зерен, не должен реагировать с жидкой фазой при повышенной температуре. Из твердых носителей нами были исследованы диатомитовый кирпич марки ИНЗ-600, хроматон, инертон, сферохром с различной удельной активностью. Для уменьшения каталитической активности носителей, их обрабатывали специальными методами.
Неподвижная фаза является основой хроматографического разделения. При проведении высокотемпературной хроматографии неподвижная фаза должна отвечать требованиям: быть нелетучей и не реагировать с разделяемыми компонентами. Ее выбор зависит от физико-химических свойств анализируемых веществ. Теоретические основы подбора селективных жидких фаз до сих пор недостаточно разработаны, и выбор их, как правило, производится эмпирически. Поскольку вещества изучаемого ряда являются
высококипящими соединениями, мы исследовали, в основном, термостойкие неподвижные фазы.
Сравнительная оценка селективности разных фаз (ПФМС-4, ФС-16, Апиезон, трикрезилфосфат, ПЭТ-1500, полиэтиленгликольсукцинат, полиэтиленгликольадипинат, метилсиликоновое масло) показала, что требованиям разделения смеси изучаемых соединений в наибольшей степени отвечает метилсиликоновое масло OV-1, взятое в количестве 5% от веса твердого носителя - Chromaton N sup. /0.25-0.16/.
Выбор параметров опыта определялся требованиями достаточной разделительной способности, наибольшей чувствительности и приемлемого времени анализа.
Разделительная способность колонки связана не только с селективностью фазы, но и с температурой анализа, скоростью газа-носителя.
Температура колонки оказывает большое влияние на процесс хроматографического разделения. Повышение температуры ведет к более короткому времени удерживания и следовательно, сокращает время анализа. Температуру термостата с находящейся в нем колонкой выбирают такой, чтобы значения коэффициентов распределения анализируемых компонентов позволили проводить хроматографическое разделение. При анализе углеводородных смесей в газовой хроматографии используется широкий диапазон температур - от комнатной до 231 С [1]. Экспериментальным путем установлено, что температура колонки +200 С является максимальной для разделения большинства исследуемых соединений.
Максимальная температура испарителя составляла в наших исследованиях +225 с, то есть превышала температуру термостата на 25 С.
Опытным путем установлено, что оптимальной является скорость газа-носителя - 30 мл/мин, при которой достигается достаточная разделительная способность при непродолжительном времени анализа.
В эксперименте определены среднее время удерживания компонентов смеси, коэффициенты разделения; оценивалась эффективность колонки по числу теоретических тарелок. Коэффициент разделения может быть выражен отношением расстояния между максимумами хроматографических пиков к сумме половины ширины этих пиков [2]. Расчет числа теоретических тарелок осуществлялся по методу Клеймонса [3].
Технические условия разработанных методов хроматографического анализа показали следующие результаты: минимально-детектируемое количество веществ составило (в мкг.): по
диметакрилат-бис-этиленгликольфталату - 0.005, по триэтиленгликоль диацетату - 0.01, по триэтиленгликоль диметакрилату - 0.007, по N, N- диэтиламино-моно-Н-бутилового эфиру фталевой кислоты - 0.02. Результаты разделения многокомпонентной смеси исследуемых веществ при выбранных опытным путем условиях анализа согласуются с требованиями аналитической точности.
Выводы
1. Разработанный метод определения ряда основных компонентов фотополимеризующихся композиций является специфичным и экспрессным, приемлем анализ веществ с применением газожидкостной хроматографии.
1. Газохроматографический метод определения сложных органических соединений обладает высокой чувствительностью и может быть использован для контроля воздушной среды в производствах печатных плат, электронных приборов и аппаратуры.
Список литературы:
1. Gorreti G., Liberti A. Esame die gas scharico dei motori Diesel medinante Colonne gas Cromatografiche and alta zisoeusione//Rivico mbust. - 1972. - N. 2б. - p. 12б-131.
2. Гольдберт К.А., Вигдергауз М.С. Курс газовой хроматографии. - М. - Химия. - 19б7. - С.4-б8.
3. Яворовская С.Ф. Газовая хроматография - метод определения вредных веществ в воздухе и биологических средах. - М. - Медицина. - 1972. - с. 5-89.
