CC BY
6
УДК в13.в32.4 + «14.72):вв1.993]-074
О. С. Банах, И. И. Даценко, Б. А. Пластунов, А. 3. Тымкевич
СЕЛЕКТИВНЫЙ ОТБОР ОКИСИ УГЛЕРОДА НА ЦЕОЛИТНЫЙ АДСОРБЕНТ
Львовский медицинский институт
Существующие методы определения примесей в воздухе требуют предварительного отбора проб в сравнительно громоздкие и малоудобные емкости (стеклянные и пластмассовые сосуды, газонепроницаемые мешки и др.), которые затем доставляются в лабораторию (Bollyky; Ghosh и соавт.). Химический анализ пробы, содержащей следовые количества окиси углерода (СО), чаще производится после предварительного концентрирования ее на адсорбенте.
Недостатком существующих способов отбора и концентрирования следов СО является значительная деятельность их выполнения, что не содействует широкому применению газохроматографиче-ских методов для серийных анализов, столь необходимых гигиенистам для постоянного контроля за содержанием СО в окружающем воздухе. Известен метод (Ghosh и соавт.) концентрирования СО в ловушках, заполненных цеолитом 5А и охлаждаемых до —18 °С. Однако использование охладительного устройства не позволяет совместить стадии воздуха и концентрирования СО в натурных условиях.
Мы предлагаем простой метод концентрирования СО без применения низких температур, который объединяет стадию взятия пробы со стадией селективного извлечения СО цеолитным адсорбентом и может применяться не только в лаборатории, ной в натурных условиях. Поставленная цель достигается с помощью серебросодержащих цеолитов типа Y, характеризующихся сильным удерживанием
Рис 1
Рис 2
Рис. I. Ловушка для отбора, концентрирования и хранения пробы СО ка цеолитом адсорбенте. Объяснения в текст«.
Рис. 2. Схема установки для извлечения СО п.* атмасфер-ного воздуха. Объяснения в тексте.
молекул полярных соединений уже при комнатной температуре (Г. В. Цицишвили и соавт.). Эти формы цеолитов, содержащие 5—15% замещенных катионов натрия на серебро, практически не теряют своей избирательности, будучи нагретыми до 50 °С. При температуре ниже 0 °С селективность цеолитов по отношению к СО не ухудшается, а, наоборот, возрастает вплоть до глубокого их охлаждения. Зато нагрев выше 50 "С постепенно увеличивает вероятность проскока СО при пропускании больших объемов воздуха. После 250°С цеолит уже теряет свои поглотительные свойства, что использовано нами для количественной десорбции СО и подачи ее на анализ.
Избыточное накопление влаги и углекислого газа на цеолите ведет к постепенному снижению его селективности при поглощении СО. Предварительная очистка воздуха от влаги и СОо в поглотителе, заполненном гранулами щелочи, во время отбора пробы очень важна в случае продувки значительных объемов (примерно 10 л) анализируемого газа.
Для избирательного извлечения СО из воздуха нами апробирован цеолит типа У после замещения серебром 8,5% катионов натрия. На этом сорбенте с использованием гелия в качестве газа-носителя объем удерживания до СО при 20 °С равен 48,9 л/г. Образцы цеолита с более высоким содержанием серебра еще сильнее задерживают СО не только при комнатной температуре, но в заметной степени даже при нагреве колонки до 250—280 °С. Это обусловливает нежелательное растягивание пика СО во время стадии десорбции при газохроматогра-фическом анализе обогащенной СО. Избранный образец с 8,5% замещением натрия на серебро практически обеспечивает достаточно хорошую избирательность поглощения СО из воздуха в диапазоне температур от 30 до 40 °С и вместе с тем позволяет почти мгновенно десорбировать сконцентрированную СО при нагревании.
Предложенный адсорбент легко получается обработкой порошкообразного цеолита типа У азотнокислым серебром в соотношении 20 : 1. После отмывания от избытка соли (проба на отсутствие катионов Ай+) порошок высушивается, гранулируется и подвергается активации (Т. Г. Андрони-кашвили и О. С. Банах).
Отбор и обогащение СО на цеолите можно существенно ускорить, пользуясь специальной широкой ловушкой (рис. 1), в которой при большой объемной скорости резко снижается линейная скорость протекания воздуха через слой сорбента, благодаря чему предотвращается проскок СО.
Ловушку I можно изготовить из стеклянных поглотителей с впаянной крупнопористой пластинкой 2, выпускаемых промышленностью. После припаива-ния 2 суженных концов 4 (внутренним диаметром 5 мм и длиной 2 см) ловушка имеет длину 10— 12 см. Накануне взятия пробы в ловушку насыпают порцию (3—5 г) активированного цеолита 3 и закрывают заглушками 5, изготовленными из вакуумной резины, плотно зажатой стеклянными пробками 6. Этим путем желательно заранее заготовить серию ловушек для параллельного взятия на адсорбент многих проб СО из анализируемого воздуха. Затем собирают установку для одновременного взятия концентрирования СО (рис. 2), состоящего из очистительной колонки 1 высотой 15 и диаметром 2—3 см для очистки от влаги и СОа. Колонка / заполняется гранулами щелочи и «промывается» исследуемым воздухом. К колонке присоединяется заполненная серебросодержащим цеолитом ловушка 2, которая соединяется с жидкостным или электрическим аспиратором 3. Измерив секундомером время просасывания воздуха при известной скорости, получают его объем, вводят поправку на атмосферное давление и температуру, а после анализа поглощенного количества СО рассчитывают ее концентрацию в воздухе при нормальных условиях.
Минимальный объем отбираемой пробы воздуха лимитируется содержанием СО и чувствительностью применяемого метода анализа. При максимальной чувствительности газового хроматографа «Цвет» (модель 4—67) и токе моста 200 мА в присутствии газа-носителя гелия с помощью детектора по теплопроводности можно на хроматограмме зарегистрировать пик, который соответствует наличию в пробе хотя бы 1 мкг СО. Предварительными опытами установлено, что для воспроизводимого определения СО в воздухе на уровне около 1 мг/м3 через ловушку целесообразно пропустить примерно 5 л воздуха с оптимальной скоростью 1—2 л/мин, что соответствует линейной скорости потока 5— 10 мм/с. Более низкая скорость удлиняет время отбора пробы, а более высокая (выше 2,5 л/мин) сопряжена с вероятностью частичного проскока СО. Точность отбора пропускаемого через ловушку объема воздуха обеспечивает требуемую воспроизводимость количества обогащенной на цеолите СО. С целыо ее количественной десорбции, а также для получения симметричных пиков на хроматограмме цеолит, сконцентрировавший СО, переносят из широкой ловушки с пористой пластинкой в узкую и-образную стеклянную или металлическую колонку (длина каждого колена до 15 см, внутренний диаметр 4—5 мм) с установленной на выходном колене сетчатой пробкой, препятствующей выдуванию цеолита потоком газа-носителя. Для этого выходное колено закрывают запасной заглушкой. а входное соединяют с верхним концом ловушки через заглушку, вынув пробку. Опрокидывая ловушку пористой пластинкой вверх, переносят все гранулы цеолита в У-образпую колонку, которую
закрывают второй запасной заглушкой. Операция переноса сорбента из концентрирующей ловушки в U-образную колонку, предназначенную для десорбции СО, занимает около 1 мин и должна предотвратить попадание влаги на адсорбент. Опасаться при этом потери СО нет оснований, так как при комнатной температуре (20 °С) она не может быть десорбирована даже потоком газа-носителя, поскольку СО в этих условиях задерживается цеолитом в 5000 раз прочнее, чем основной компонент воздуха — азот. Заполненная цеолитом колонка присоединяется входным коленом ко входу газа-носителя на место крана-дозатора, после чего проводится хроматографический анализ обогащенной СО описанным ранее способом (О. С. Банах и соавт.).
Полнота извлечения и десорбции СО тщательно проверялась на искусственных смесях, а также в натурных условиях и была подтверждена хорошей воспроизводимостью полученных результатов при концентрациях СО в воздухе порядка ПДК. При увеличении объема отбираемой пробы этот предел концентраций можно снизить по крайней мере в десятки раз. Предложенный метод селективного отбора СО апробирован при комнатной температуре в диапазоне 15—30 °С и в условиях открытой атмосферы в пределах температур от —20 до 30 °С. Он может быть также использован для извлечения следовых количеств СО из других газов при определении их чистоты. Анализ сконцентрированной СО газохроматографическим методом показал, что при соблюдении всех условий адсорбции и десорбции погрешность предложенного метода отбора не превышает ошибки газохромато-графических определений. Необходимо отметить, что цеолит после десорбции СО и дополнительной продувки (активации) потоком газа-носителя в U-образной колонке при 250—280 °С в течение Vг—1 ч может быть использован в ловушке многократно (не менее нескольких десятков раз), практически не теряя своих поглотительных свойств, если температура нагрева не превышает 300 °С. Проба СО может продвергаться анализу немедленно или спустя несколько суток с момента отбора.
Таким образом, серебросодержащий цеолит типа Y позволяет упростить отбор СО путем объединения стадий взятия, извлечения и концентрирования СО из воздуха на твердом сорбенте без охлаждения.
Литература. Андроникашвили Т. Г., Банах О. С.—
Сообщения АН Груз. ССР, 1974, т. 76, № 2, с. 365. Банах О. С., Федорович И. П., Пластунов Б. А. и др. —
Гиг. н сан., 1978, № 11, с. 75. Цчцишвили Г. Я.. Андроникашвили Т. Г., Банах О. С. и др. — Изв. АН Груз. ССР. Сер. хим., 1977, т. 3, • № I. с. 22.
Holli/ki/ L. J.— Enwironm. Eng. Handling, 1974, v. 11, p." 414.
Ghosh A. K-. Rajwar D. P., Bandyopadhyai/ P. K., et al — J. Chromatogr., 1976, v. 117, p. 29.
Поступила 14.04.81
