СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КСИЛОЛА И ЕГО ИЗОМЕРОВ В ВОЗДУХЕ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

гч

УДК 614.72:668.735.31-074:543.42.062

СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КСИЛОЛА И ЕГО ИЗОМЕРОВ В ВОЗДУХЕ

Канд. хим. наук Л. С. Самосват, Н. И. Верблюдова

Всесоюзный научно-исследовательский институт гигиены и токсикологии пестицидов, полимерных и пластических масс, Киев

Для определения содержания ксилола в воздухе часто применяют метод, основанный на нитровании его в разбавленной серной кислоте до полинитроксилолов и колориметрировании в эфирно-спиртовой среде в присутствии щелочи. Однако воспроизведение этого метода показало, что орто-, мета-, пара-изомеры, входящие в состав технического ксилола, по-разному ведут себя в процессе нитрования, в связи с чем содержание этих изомеров в воздухе нельзя определять по графику смеси.

Орто-, мета-, пара-изомеры входят в состав технической смеси в соотношении 30 : 65 : 5. Если учесть различную упругость паров при 20°, то можно предположить, что в воздухе будут содержаться все 3 изомера и что технический ксилол и пары его обязательно будут отличаться по соотношению изомеров. Поэтому калибровочный график, построенный по техническому ксилолу, нельзя использовать для определения содержания паров ксилола в воздухе.

Трудоемкость и недостаточная точность колориметрического метода привели к поискам более простого способа определения ксилола в воздухе. Как известно, таким преимуществом обладает спектрофотометриче-ский метод.

Анализу ксилола в различных областях спектра посвящен ряд работ. В основном они касались анализа смеси гомологов бензола (бензол, толуол, ксилолы, этилбензол), полученной при переработке нефти. Еще в 1905 г. СоЫе^г идентифицировал изомеры ксилола по спектрам поглощения в инфракрасной области. Затем исследования были продолжены Ьесопйе с сотрудниками, Ю. А. Михайленко и др. Исследования в ультрафиолетовой области проводили Ю. В. Шостенко и А. Е. Штандель, Л. И. Мелдер, БсЬигшапп, ТипшсШ! и др. Все авторы приводят различные, довольно сложные эмпирические формулы, по которым можно, зная оптическую плотность смеси при различной длине волн и подобрав коэффициенты, решить систему уравнений для каждого изомера.

Предлагаемый нами метод определения ксилола в ультрафиолетовой области спектра отличается простотой анализа.

Для выбора оптимальных условий были сняты спектры поглощения ксилола в различных растворителях в интервале длин волн 220—300 ммк. Оптимальными растворителями, в которых наблюдается наибольшая оптическая плотность ксилола, оказались метиловый, этиловый, изопропи-ловый спирты и дихлорэтан. ОатЬгаиБка использовал метанол как погло-

титель при определении смеси гомологов бензола в воздухе и охлаждал при этом поглотитель в жидком углекислом газе. Из ряда упругости паров следует, что изопропанол менее летуч, чем метанол, поэтому он был выбран нами в качестве поглотителя и растворителя. При этом удалось исключить охлаждение.

Были измерены спектры поглощения орто-, мета- и пара-ксилолов и их технической смеси в изопропиловом спирте (С = 100 мкг/мл, 1 = 1 см). Максимальное светопоглощение происходит при Х = 264 ммк для орто-п ксилола, при Я = 265 ммк для ме-

та-ксилола, при Л = 266 ммкдля пара-ксилола и при А, = 265 ммк для технической смеси (рис. 1).

Были построены калибровочные графики зависимости оптической плотности ксилолов от их

ЮО 200 мкг/мл

230 2Ь0 250 260 270 280ММК

Рис. 1. Спектры поглощения ксилолов в Рис. 2. Калибровочные графики изопропиловом спирте. определения ксилолов.

/ — орто-ксилол; 2 — мета-ксилол; 3 — пара- / — мета-ксилол; 2—пара-ксилол; 3 —

ксилол; 4—техническая смесь. орто-ксилол; 4— технический ксилол;

5 — технический ксилол (пары).

концентрации при Я = 265 ммк. Полученные данные приведены на рис. 2, позволяющем определять концентрацию как отдельных изомеров (графики 1, 2, 3), так и технической смеси (график 4).

Для анализа содержания ксилола в воздухе был построен калибровочный график по технической смеси, перегнанной в вакууме (см. рис. 2, график 5). Результаты контрольных определений ксилола — технического ксилола и перегнанного в вакууме, — вычисленные по графикам (см. рис. 2), приведены в табл. 1.

В опытах по изучению содержания ксилола в воздухе каплю его помещали в сосуд и испаряли током воздуха. Сосуд взевешивали до и после пропускания воздуха и по разности определяли количество испарив-

Таблица 1

Контрольные определения ксилола

Техническая смесь Техническая смесь, перегнанная в вакууме

оптическая плотность дано найдено процент определения оптическая плотность дано найдено процент определения

(в мкг) (в мкг)

0,073 20 22 110,0 0,108 50 55 110

0,205 65 66 101,5 0,215 100 108 108

0,245 80 80 100,0 0,330 150 162 108

шегося ксилола. Для полного поглощения паров ксилола ставили последовательно 4 сосуда, куда было помещено определенное количество изо-пропилового спирта После поглощения ксилола измеряли оптическую плотность спирта и по графику 5 (см. рис. 2) высчитывали количество ксилола. Полученные результаты превышали истинное количество вещества, что указывает на поглощение из воздуха примесей. Чтобы исключить такое влияние, ставили холостой опыт. Для этого через сосуды с изопропиловым спиртом при помощи аспиратора протягивали такое же количество воздуха, как и при проведении опыта.

Содержимое первого сосуда (10 мл) имело большую оптическую плотность и поэтому разбавлялось до 50 мл; общий объем спирта составлял .90 мл (50+20+20). Количество ксилола определяли на основании графика 5 (см. рис. 2) по разности показаний оптической плотности рабочего раствора и холостого опыта Э = 01—02. Результаты приведены в табл.2.

Таблица 2

Определение содержания ксилола в воздухе

№ сосуда Оптическая плотность а 1 а Q Взято Найдено Процент определения Величина X (в мкг/мл)

D, D, количество ксилола (в мкг) концентрация (в мкг/мл) количество ксилола (в мкг, А) концентрация (в мкг/мл)

1 0,255 i 0,035 1

2 0,182 0,255 0,107 5 500 61 5 150 57 93,4 570

3 0,005 0,045

4 0,000 0,000

1 0,330 1 0,070 1

2 0,300 0,168 0,420 17 300 192 18 450 205 106,7 2 050

3 0,033 0,005

4 0,000 0,000

1 После пятикратного разбавления.

Примечание. Содержание ксилола в 1 л воздуха (X) определяли по формуле: Х=—где А—количество ксилола, найденное по калибровочному графику,

V—объем пропущенного воздуха.

Выводы

1. Колориметрический метод изучения содержания ксилола в воздухе непригоден для анализа орто- и пара-изомеров и дает заниженные результаты при определении смеси изомеров по калибровочному графику, построенному по технической смеси.

2. Спектрофотометрический метод позволяет анализировать изомеры ксилола при А, = 265 ммк с достаточной степенью точности. Чувствительность метода составляет 10 мкг/мл.

3. Определению мешают вещества, дающие в изопропиловом спирте поглощение в области Х=265 ммк.

ЛИТЕРАТУРА

Мэлдер Л. И. Труды Таллинск. политехнического ин-та. Серия А, 1964, № 210, с. 105. — Ш о с т е н к о Ю. В., Штандель А. Е. Ж. прикладной химии, 1948, №4, с. 408. — DambrauskasT., Code W. А., Аш. ind. Hyd. Ass. J., 1963, v. 24, p. 568. — Lecomte et Lambert, Quelques applications des spectres d'absorption infrarouges à l'étude des constituents des essences. Paris, 1933. — T u n n i с 1 i f f D. D., Anal. Chem 1949, v. 21, p. 890.

__Поступила 2/1II 1966 г.

1 В связи с тем что содержание ксилола в воздухе промышленных предприятий во много раз меньше взятого нами, практически достаточно 2 сосудов.