Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФЕНОЛА В ВОЗДУХЕ

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для детектирования паров фенола в воздушной рабочей зоны.

Аналогом предлагаемого способа является газохроматографическое определение фенола в воздухе (Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. - М.: Химия, 1989, с.170-171). Недостатками известного способа являются необходимость отбора пробы и сложность аппаратурного оформления.

Для определения газов в воздухе известно применение метода пьезокварцевого микровзвешивания с предварительной модификацией электродов резонатора поливинилпирролидоном (наносят в виде его ацетонового раствора) (Evaluation of coatings on piezoelectric sensors for the detection of phenols in the vapour phase / Rajakovic L.V., Bastic M.B., Belskih N.V., Tunikova S.A., Korenman Ya.l. // Analytica Chimica Acta, 1995, v.318, p.77-87). Резонатор сушат в эксикаторе в течение 12 ч. Недостатком способа является многовариантность зависимости отклика резонатора от внешних факторов.

Для количественного определения фенола известно применение биосенсора на основе биологически активного агента из мицелия вешенки (Pleurotus ostreatus), нанесенного на электрод масс-метрического преобразователя /Патент РФ №2346051 С2, МПК C12Q 1/00 (2006/01) G01N 27/00 (2006/01). Биомодификатор для определения фенола и его производных / О.М. Цивилева, В.Е.Никитина, Т.А. Кучменко, Ю.Е. Силина, А.Н. Панкратов. Бюл. №4, 2009/. Недостатком способа является то, что в качестве биологически активного агента используют не свободный фермент, а ацетоновую суспензию гриба, содержащую полифенолоксидазу, на структурно-функциональные свойства которой будет влиять микроокружение, увеличивая погрешность измерения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является способ определения фенола в газовой смеси пьезоэлектрическими кварцевыми резонаторами, электроды которых модифицированы раствором прополиса /Патент РФ №2188417 С1, МПК G01N 30/02, G01N 30/48. Способ определения фенола в газовой смеси с нитропроизводным / Ж.Ю. Кочетова, Т.А. Кучменко, Я.И. Коренман. Опубл. 27.08.2002/. Недостатком способа является то, что концентрация сорбента в прополисе (пчелином клеи) и соотношение компонентов прополиса не определены, что может вносить весомый вклад в погрешность измерения.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего с высокой экспрессностью, точностью и воспроизводимостью оценивать содержание фенола в воздухе. Способ должен быть простым в применении и не слишком дорогим.

Поставленная задача решается тем, что в качестве сорбента фенола из газовой фазы используют наноструктурированную пленку оксида алюминия с гексагональной структурой размером 7×8 мм, а определение концентрации фенола проводят по усилению хемилюминесценции (ХЛ), опосредованной реакцией люминола с радикалами, образующимися в реакциях Фентона и в присутствии фенола, сорбированного на пленке.

Данный способ осуществляется следующим образом.

Наноструктурированную пленку оксида алюминия получают по методу, описанному в работе /Исследование процесса формирования нанопористого оксида при анодировании алюминия / А.И. Щербаков [и др.] // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2009. - Т.45, N 1. - С.71-74/. В кюветы хемилюминометра помещают наноструктурированные пленки оксида алюминия размером 7×8 мм, кюветы герметично закрывают резиновой пробкой и в одну кювету вводят шприцем рабочий стандартный образец (0,4 мл), а в другую - анализируемую пробу (0,4 мл), через 20 мин сорбции фенола на пленке вводят реакционную смесь, состоящую из 0,3 мл дистиллированной воды, 0,2 мл раствора сульфата железа (0,05 мМ), 0,1 мл рабочего раствора люминола (0,1 мМ). Реакцию инициируют быстрым введением 0,1 мл раствора пероксида водорода (2%) в измерительную кювету, кюветное отделение перемещают в рабочее положение перед фотокатодом фотоэлектронного умножителя (≈1 с) биохемилюминометра и регистрируют вспышку ХЛ (рис.). Контрольная кювета не содержит пленку с фенолом.

Концентрацию фенола в анализируемой пробе находят по градуировочному графику (ΔI=f(Сф)), построенному по стандартным газовым растворам, или рассчитывают по формуле:

C_фенола=ΔI_иссл·C_ст·/ΔI_ст,

где ΔI_иссл=(I_иссл-I_к) - разность между интенсивностью ХЛ в опытной кювете, содержащей исследуемый образец (1иссл)» и интенсивностью ХЛ в контрольной кювете (I_к, в отсутствии фенола), мВ; ΔI_ст=(I_ст-I_к) - разность между интенсивностью ХЛ в опытной кювете, содержащей рабочий стандартный образец (I_ст), и интенсивностью ХЛ в контрольной кювете (I_к, в отсутствии фенола), мВ; С_ст - концентрация фенола в стандартном образце, мг/м³.

Продолжительность анализа, включая стадии сорбции фенола и регистрацию ХЛ составляет 25 мин.

Способ определения содержание фенола в воздухе поясняется следующими примерами.

Пример 1

В кювету хемилюминометра помещают наноструктурированную пленку оксида алюминия размером 7×8 мм, кювету герметично закрывают резиновой пробкой и вводят шприцем анализируемую пробу (0,4 мл, Сфенола=0,0015 мг/м³), через 20 мин сорбции фенола на пленке вводят реакционную смесь, состоящую из 0,3 мл дистиллированной воды, 0,2 мл раствора сульфата железа (0,05 мМ), 0,1 мл рабочего раствора люминола (0,1 мМ). Реакцию инициируют быстрым введением 0,1 мл раствора пероксида водорода (2%) в измерительную кювету, кюветное отделение перемещают в рабочее положение перед фотокатодом фотоэлектронного умножителя (≈ 1 с) биохемилюминометра и регистрируют вспышку ХЛ. Параллельно проводят опыт со стандартным образцом фенола (0,4 мл, С_фенола=0,002 мг/м³).

Концентрацию фенола в анализируемой пробе находят по градуировочному графику (ΔI=f(Сф)), построенному по стандартным газовым растворам, или рассчитывают по формуле:

C_фенола=ΔI_иссл·С_ст·/ΔI_ст,

где ΔI_иссл=(I_иссл-I_к) - разность между интенсивностью ХЛ в опытной кювете, содержащей исследуемый образец (I_иссл), и интенсивностью ХЛ в контрольной кювете (I_к, в отсутствии фенола), мВ; ΔI_ст=(I_ст-I_к) - разность между интенсивностью ХЛ в опытной кювете, содержащей рабочий стандартный образец (I_ст), и интенсивностью ХЛ в контрольной кювете (I_к, в отсутствии фенола), мВ; С_ст - концентрация фенола в стандартном образце, 0,002 мг/м³.

С_фенола=(278-202)·0,002/(306-202)=0,001462 мг/м³

Пример 2

В кювету хемилюминометра помещают наноструктурированную пленку оксида алюминия размером 7×8 мм, кювету герметично закрывают резиновой пробкой и вводят шприцем анализируемую пробу (0,4 мл, С_фенола=0,0015 мг/м³), через 10 мин сорбции фенола на пленке анализируют, как указано в примере 1.

Концентрацию фенола в анализируемой пробе находят по градуировочному графику (ΔI=f(Сф)), построенному по стандартным газовым растворам, или рассчитывают по формуле:

С_фенола=(266-202)·0,002/(290-202)=0,001455 мг/м³

ХЛ отклик меньше, чем в предыдущем примере.

Пример 3

В кювету хемилюминометра помещают наноструктурированную пленку оксида алюминия размером 7×8 мм, кювету герметично закрывают резиновой пробкой и вводят шприцем анализируемую пробу (0,4 мл, С_фенола=0,003 мг/м³), через 20 мин сорбции фенола на пленке анализируют, как указано в примере 1.

Концентрацию фенола в анализируемой пробе находят по градуировочному графику (ΔI=f(Сф)), построенному по стандартным газовым растворам, или рассчитывают по формуле:

С_фенола=(352-202)·0,002/(306-202)-0,002885 мг/м³

Пример 4

В кювету хемилюминометра помещают наноструктурированную пленку оксида алюминия размером 7×8 мм, кювету герметично закрывают резиновой пробкой и вводят шприцем анализируемую пробу (0,4 мл, С_фенола=0,003 мг/м³), через 10 мин сорбции фенола на пленке анализируют, как указано в примере 1.

Концентрацию фенола в анализируемой пробе находят по градуировочному графику (ΔI=f(Сф)), построенному по стандартным газовым растворам, или рассчитывают по формуле:

С_фенола=(328-202)·0,002/(290-202)=0,002864 мг/м³

В примерах 2 и 4 ХЛ отклики системы меньше, чем в примерах 1 и 3 соответственно, так как меньше время сорбции фенола на наноструктурированной пленке оксида алюминия.

Изобретение иллюстрируется примерами, представленными в таблице. Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый способ определения содержания фенола в воздухе характеризуется простотой подготовки образцов к исследованию, высокой воспроизводимостью и точность и позволяет сократить продолжительность полного анализа в 5-6 раз и объемы проб, взятые на анализ.