CC BY
20
УДК 614.842.611
ИДЕНТИФИКАЦИЯ КОМПОНЕНТОВ ОГНЕТУШАЩИХ ПОРОШКОВ МЕТОДОМ
ИК-СПЕКТРОСКОПИИ
Т. В. ФРОЛОВА, О. С. ИВАНЕНКО, Р.В. КОМАРОВ, Л. Н. ЧЕСНОКОВА*
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново
*АО «Водоканал», Российская Федерация, г. Иваново E-mail: frolovatanja@mail.ru, borsek777@mail.ru, r.comaro@yandex.ru, michura@bk.ru
В статье рассматривается оценка состава различных огнетушащих порошков, приобретенных на рынке продукции пожарно-технического назначения, одним из наиболее информативных по определению подлинности веществ методом - ИК-спектроскопией. Выявлены особенности ИК-спектров исследуемых огнетушащих составов. Результаты проведенных ИК-спектроскопических исследований показывают, что ИК-спектры основного огнетушащего компонента (аммофоса) и огнетушащих порошковых составов на основе аммофоса и модифицированных шунгитом и добавками на основе торфяного сырья совпадают по полосам поглощения определенных групп. Анализ ИК-спектров огнетушащих составов модифицированных шунгитом и добавками на основе торфяного сырья показал, что метод инфракрасной спектроскопии может быть использован для идентификации огнетушащих порошковых составов на основе аммофоса.
Ключевые слова: порошковые огнетушащие составы, качество порошковых огнетушащих составов, физико-химические свойства огнетушащих порошков, идентификация, метод ИК-спектроскопии.
IDENTIFICATION OF EXTINGUISHING POWDER COMPONENTS
BYIR SPECTROSCOPY
T. V. FROLOVA, О. C. IVANENKO, R. V. KOMAROV, L. N. CHESNOKOVA*
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education
«Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo Joint Stock Company «Vodokanal», Russian Federation, Ivanovo E-mail: frolovatanja@mail.ru, borsek777@mail.ru, r.comaro@yandex.ru, michura@bk.ru
The article examines the assessment of the composition of various fire-extinguishing powders purchased on the market for fire-technical products, one of the most informative in determining the authenticity of substances by the method - IR spectroscopy. The features of the IR spectra of the investigated fire-extinguishing compositions are revealed. The results of the carried out IR spectroscopic studies show that the IR spectra of the main fire extinguishing component (ammophos) and fire extinguishing powder compositions based on ammophos and modified with shungite and additives based on peat raw materials coincide in the absorption bands of certain groups. Analysis of the IR spectra of fire extinguishing compositions modified with shungite and additives based on peat raw materials shows that the method of infrared spectroscopy can be used to identify fire extinguishing powder compositions based on mophos.
Key words: powder fire extinguishing compositions, quality of powder fire extinguishing compositions, physical and chemical properties of fire extinguishing powders, identification, method of IR spectroscopy.
© Фролова Т. В., Иваненко О. С., Комаров Р. В., Чеснокова Л. Н., 2021
102
Всем известно, что огнетушитель — это первичное средство противопожарной защиты, и на сегодняшний день является одним из самых распространенных. Основная функция огнетушителя состоит в ликвидации первичных очагов возгорания. В начальной стадии пожара огнетушитель может спасти жизнь и имущество, когда требуется потушить небольшое возгорание или удержать распространение пожара до прибытия пожарных. Качество работы огнетушителя зависит как от работы самого устройства, так и от состава огнетушащего порошка. Главная опасность поддельного огнетушителя заключается в отсутствии успешной локализации пламени, поскольку он может быть наполнен составом неизвестной природы.
К сожалению, в последние годы все чаще приходится слышать, что на рынке продукции пожарно-технического назначения участились случаи присутствия фальсифицированной продукции, не исключением стала подделка и огнетушащих порошковых составов [1]. Еще в 2019 году по словам Роспотребназдора «Доля контрафактных огнетушителей, используемых в РФ, превысила 50 %. Некачественную продукцию можно встретить на рынках, в интернет-магазинах и даже в специализированных торговых точках» .
Мероприятия, направленные на выявление и устранение некачественной продукции, активно проводятся контролирующими органами. В ходе рейдов эксперты выполняют осмотр продукции и в случае выявления контрафакта производят конфискацию товара. Однако основная проблема некачественной (контрафактной) продукции заключается в том, что по внешнему виду такую продукцию не всегда можно отличить от качественной - необходимо проведение лабораторных испытаний.
Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что идентификация химического состава огнетушащего порошка является актуальной и многогранной проблемой, играющей главную роль в предупреждении таких преступлений, как фальсификация в области порошкового пожаротушения. Поэтому именно разработке экспертных методов и приемов выявления фальсификации следует уделять особое внимание как одному из приоритетных направлений обеспечения качества и эффективности огнетушащих составов.
Наиболее информативными по определению подлинности веществ являются фи-
1
Более половины огнетушителей, используемых в России - подделки [Заглавие с экрана]. URL: https://euroresurs.su/bolee-poloviny-ognetushitelej-ispolzuemyx-v-rossii-poddelki/ (дата обращения: 20.02.2021).
зико-химические методы, среди которых ИК-Фурье спектрометрия является наиболее известной. Помимо точности определения содержания необходимых компонентов, этот метод известен также своей низкой стоимостью, простотой, быстротой качественного анализа, а также тем, что он является неразрушающим методом анализа. Любая молекула имеет свой, только ей присущий колебательный спектр, состоящий из набора полос разной частоты и интенсивности, именно поэтому колебательный спектр вещества является его индивидуальной характеристикой, в связи с этим ИК-спектры часто называют «отпечатком пальцев» молекулы. Учитывая все вышеперечисленные преимущества, ИК-спектроскопия может использоваться и для качественного определения состава огнетушащих порошков. Для проведения как качественного, так и количественного анализа по ИК-спектрам необходимо иметь спектры чистых компонентов. При сравнении спектра со спектром вещества, присутствие которого предполагается, находят в спектре смеси все полосы поглощения эталонного вещества. Если спектр анализируемого образца содержит все полосы поглощения эталонного вещества, можно полагать, что вещество действительно содержится в образце.
Используемые в настоящее время в пожаротушении огнетушащие порошковые составы, представляют собой механические смеси мелкоизмельченных минеральных солей (основа порошковых огнетушащих составов) с различными добавками, препятствующими слеживанию и влагопоглощению. На сегодняшний день много ученых, научно-исследовательских групп активно занимаются разработками по созданию новых составов огнетушащих порошков, обеспечивающих повышение огнетушащей способности при тушении пожаров классов А, В, С, Е как в помещениях, так и на открытом воздухе.
В качестве основы для огнетушащих порошковых составов используется достаточно широкий спектр минеральных веществ в первую очередь, это фосфорно-аммонийные соли (моно-, диаммонийфосфаты, аммофос), карбонат и бикарбонат натрия и калия. Также для получения огнетушащих порошков предлагается использовать различные природные минералы, в том числе и галит. Известны порошки для тушения пожаров, содержащие хлориды натрия (15-25 %), калия (20-25 %), бария (50-55 %) [2]. Недостатком данного состава как огнетушащего вещества является высокая склонность к слеживанию и влагопо-глощению, недостаточная текучесть, приводящие к сокращению срока эксплуатации и ограниченности использования средств пожароту-
шения, а также высокая концентрация соединений бария, которые являются токсичными веществами.
Известен огнетушащий порошковый состав (патент США № 4149976, Comissariat Energie Atomigue) в котором в качестве активного компонента используется кристаллогидрат карбоната натрия (Na2CO3H20) в количестве от 47,4 мас.% до 61,4 мас.% с содержанием кристаллизационной воды от 1 до 16 мас.%. остальную долю огнетушащего порошка составляют добавки, обеспечивающие коррекцию его эксплуатационных свойств. В качестве недостатков данного огнетушащего состава определяют следующее:
- во-первых, низкое содержание кристаллизационной воды снижает теплопогло-щающую способность порошка, что делает его нестабильным во времени и, в конечном счете, влияет на огнетушащую способность порошкового состава;
- во-вторых, высокая гигроскопичность, поскольку кристаллогидрат (Na2CO3H20) так же как и его исходная соль Na2CO3 хорошо растворим в воде. Составы, содержащие в качестве активных тушащих компонентов гигроскопические неорганические соли, склонны к слеживае-мости вследствие переменной влажности окружающей среды, возникающей при изменении температуры даже в герметически закрытых емкостях. Это приводит к ухудшению текучести, и, следовательно, к ухудшению огнетушащих свойств порошка. Такие огнетушащие порошки требуют включения в них в большом количестве добавок, предохраняющих их от слеживания и повышающих их устойчивость в процессе хранения, а также добавок повышающих текучесть порошков, которые в сою очередь снижают относительное содержание активного компонента в
Пропускание, %
Образец
1000 2000 3000 ...... 4000
Волновое число, см 1
Рис. 1. ИК-спектры образа I и эталона - аммофоса
нем, а, следовательно, и огнетушащую способность. Кроме того, подготовка добавок, их измельчение, классификация, дозировка, перемешивание с активным компонентом усложняют технологический процесс подготовки смеси огне-тушащего порошка и, следовательно, удорожают процесс его производства [3].
Для инструментального исследования были выбраны два (I, II) огнетушащих порошковых состава, на основе промышленно выпускаемого ОП «Волгалит АВС» c различными добавками. Основным тушащим компонентом в испытуемых образцах является аммофос -образец III (смесь моноаммонийфосфата и диаммонийфосфата NH4H2PO4+(NH4)2HPO4).
Огнетушащий порошковый состав №I («Волгалит АВС») имеет добавку природного минерала шунгит. Порошок обеспечивает более эффективное тушение очагов горения, связывание и нейтрализацию нефтепродуктов и предотвращение повторного возгорания.
Огнетушащий порошковый состав №II содержит добавки на основе торфяного сырья (гидрофобно-модифицирующая добавка на основе органического вещества торфа 0,1-7,0; аммофос 35-60; сульфат аммония 25-35; нерастворимый в воде минерал или смесь минералов до 100) [4, 5].
При изучении составов огнетушащих порошков ИК-спектры поглощения записывали в области 4000-400 см-1. Спектры записывались на Фурье-спектрометре инфракрасном VERTEX 80v (Bruker Optic GmbH, Германия). Образцы к работе готовили в виде таблеток с KBr.
Положение основных полос ИК-спектров для образцов I - III (рис. 1, 2), приведены в табл.
1000 2000 3000 4000
Волновое число, см"1
Рис. 2. ИК-спектры образца II и эталона - аммофоса
Таблица. Полосы ИК-спектров поглощения образцов огнетушащих порошковых составов (I и II, III), полученные на Фурье спектрометре (см-1)
Образец I Образец II Аммофос (III)
3363 3232 3232
3180 3129 3129
2521 2859 2389
2064 2398 1707
1800 1626 1644
1625 1444 1445
1402 1405 1405
1280 1281-1284 1201-1286
1101 1104 1112
1015 927-924 913
878 879 619
797 729 548
777 619-617 460
710 549
668 469
659 393
612 372
465
450
426
394
Анализ ИК-спектров огнетушащих порошковых составов на основе аммонийфос-фатного удобрения, модифицированных шун-гитом и добавками на основе торфяного сырья, при использовании известных данных о характеристических частотах отдельных функциональных групп позволил провести отнесение полос поглощения и установить структурные закономерности.
При сравнении ИК-спектров аммофоса, и двух огнетушащих порошковых составов на основе аммонийфосфатного удобрения, модифицированных шунгитом и торфом, явно выделяют четыре области полос поглощения, 3500-2900 см-1, 2600-1700 см-1, 1600-900 см-1 и наименьшая 600-400 см- .
Результаты проведенных ИК-спектроскопических исследований показывают, что ИК-спектры основного огнетушащего компонента (аммофоса) и огнетушащих порошковых составов на основе аммофоса и модифицированных шунгитом (I) и добавками на основе торфяного сырья (II) совпадают по полосам поглощения определенных групп. Так, например, в диапазоне 1650-1590 см-1 наблюдаются плоские деформационные колебания групп N H и NH2, полосы в области 1600-1400 см-1 соответствуют деформационным колебаниям NHз+, NH2+, NH+.
В области валентных колебаний H2PO4-
аниона наблюдается изменение интенсивности
-1
одной из двух полос 1281-1284 см - для состава II, в то время как для состава I наблюдается только одна такая полоса в области 1280 см-1, вероятно, из-за наличия многокомпонентного состава шунгита.
Полоса [РО4]2- смещается в низкочастотную область (с 938 до 927-924 см-1) для образца II, а для I огнетушащего состава такая характерная полоса наблюдается в области 1015 см-1.
Наличие полос поглощения в области 1101 и 1104 см-1 соответствуют асимметричным и симметричным валентным колебаниям связи Si-O-Si в образцах I и II. Появление таких полос для огнетушащего состава (I) связано с минеральным составом шунгита, во II образце - скорее всего, обуславливается присутствием добавок на основе торфяного сырья.
В целом можно заключить, что метод инфракрасной спектроскопии может быть использован для идентификации огнетушащих порошковых составов на основе аммофоса. ИК-спектры таких огнетушащих составов, модифицированных шунгитом и добавками на основе торфяного сырья однозначно показывают наличие основных полос, принадлежащих аммофосу.
Список литературы
1. Чеснокова Л. Н., Фролова Т. В., Иваненко О. С., Карасев Е. В. Современные исследования огнетушащих порошков АВС // Современные проблемы гражданской защиты. 2020. №4 (37). С. 167-170.
2. Патент 2735696 Российская Федерация МПК А62D 1/00. Огнетушащий порошковый состав / О. Г. Горовых, В. В. Тышлек; опубл. 06.11.2020, Бюл. №31.
3. Патент 2277003 Российская Федерация МПК А62D 1/00. Огнетушащий порошковый состав / С. Н. Вершинин; опубл. 27.05.2006, Бюл. №15.
4. Мисников О. С., Дмитриев О. В., Попов В. И. Исследование свойств огнетушащих порошков, модифицированных торфяными гидрофобными добавками // Труды Инсторфа. 2013. № 8 (61). С. 23-32.
5. Патент 2605056 Российская Федерация МПК А62D 1/00. Огнетушащий порошок многоцелевого назначения / О. В. Дмитриев, В. И. Попов, О. С. Мисников, И. А. Малый, И. Ю. Шарабанова; опубл. 20.12.2016, Бюл. №35.
References
1. Chesnokova L. N., Frolova T. V., Ivanenko O. S., Karasev E. V. Sovremennye is-sledovaniya ognetushashchih poroshkov ABC [Contemporary researches of extinguishing powders ABC]. Sovremennye problemy grazhdanskoj zashchity, 2020, issue 4 (37), pp. 167-170.
2. Gorovyh O. G., Tyshlek V. V. Ognetushashchij poroshkovyj sostav [Fire extinguishing powder composition], Patent 2735696 Rossijskaya Federaciya IPC A62D 1/00, opubl. 06.11.2020, Byul. №31.
3. Vershinin S. N. Ognetushashchij poroshkovyj sostav [Fire extinguishing powder composition], Patent 2277003 Rossijskaya Federaciya IPC A62D 1/00, opubl. 27.05.2006, Byul. №15.
4. Misnikov O. S., Dmitriev O. V., Popov V. I. Issledovanie svojstv ognetushashchih poroshkov, modificirovannyh torfyanymi gidrofob-nymi dobavkami [Research of properties of dry chemical powders modified by peat based hydrophobic additives]. Trudy Instorfa, 2013, issue 8 (61), pp. 23-32.
5. Dmitriev O. V., Popov V. I., Misnikov O. S., Malyj I. A., Sharabanova I. Yu. Ognetushashchij poroshok mnogocelevogo naznacheniya [Multi-purpose fire extinguishing powder], Patent 2605056 Rossijskaya Federaciya IPC A62D 1/00, opubl. 20.12.2016, Byul. №35.
Фролова Татьяна Владиславовна
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
кандидат химических наук, старший преподаватель
E-mail: frolovatanja@mail.ru
Frolova Tat'yana Vladislavovna
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of
State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination
of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo
candidate of chemical sciences, senior lecturer
E-mail: frolovatanja@mail.ru
Иваненко Олег Сергеевич
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново
курсант 512.1 учебной группы факультета пожарной безопасности E-mail: borsek777@mail.ru Ivanenko Oleg Sergeevich
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo
cadet of the 512.1 training group of the faculty of fire safety E-mail: borsek777@mail.ru
Комаров Роман Владимирович
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
магистрант
E-mail: r.comaro@yandex.ru Komarov Roman Vladimirovich
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of
State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination
of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo
undergraduate
E-mail: r.comaro@yandex.ru
Чеснокова Любовь Николаевна АО «Водоканал»
Российская Федерация, г. Иваново
кандидат химических наук, инженер Центра контроля качества воды
E-mail: michura@bk.ru
Chesnokova Lyubov' Nikolaevna
Joint Stock Company «Vodokanal»
Russian Federation, Ivanovo
candidate of chemical sciences, Water Quality Control Center Engineer E-mail: michura@bk.ru
