Определение концентрации газообразных вредных веществ. Наиболее распространенными методами анализа содержания газообразных вредных веществ являются:

1. Оптический метод включает абсорбционные и эмиссионные.

Абсорбционные методы (лазерные, фотометрические) основаны на способности вещества поглощать лучистую энергию в характерных участках спектрального диапазона. Наиболее распространенными являются фотоколориметрические и спектрофотометрические методы. В основе первого лежит измерение ослабления интенсивности светового потока, прошедшего через окрашенный раствор в области длин волн от 400 до 760 нм. В основе второго лежит избирательное поглощение монохроматического потока световой энергии при прохождении его через исследуемый раствор. Фотометрические методы обладают высокой чувствительностью, возможностью определения почти всех элементов, требуют сравнительно простое оборудование. Обилие реагентов, образующих окрашенные соединения с неорганическими ионами и органическими веществами, делает применение этого метода практически неограниченным.

Эмиссионные методы (хемилюминесцентный, атомно-эммисионный) основаны на измерении интенсивности излучения анализируемой газовой смеси. В частности, принцип действия хемилюминесцентных газоанализаторов заключается в фотометрировании света, выделяющегося в результате взаимодействия определяемого вещества с хемилюминесцентным индикатором.

2. Электрохимические методы (кондуктометрический и кулонометрический методы) заключаются в регистрации изменений электропроводности раствора, возникающих в результате поглощения газовой смеси. Недостатком методов является то, что все растворяющиеся в реактиве с образованием ионов газы сильно влияют на электропроводность электролита; на точность также влияет температура внешней среды; кроме того, необходимо периодически менять электролит.

Кулонометрический метод анализа газов основывается на измерении токов электродной реакции, в которую вступает определяемое вещество, являющееся деполяризатором и непрерывно подаваемое в кулонометрическую ячейку с потоком анализируемого воздуха. Достоинство метода — принципиальная возможность протекания электродной реакции со 100% выходом по току, что позволяет вычислить измеряемую концентрацию по закону Фарадея.

Принцип кондуктометрического анализа заключается в измерении электрического сопротивления раствора при поглощении компонента газовой смеси. Благодаря высокой чувствительности этот метод применяется для определения ряда токсичных веществ в воздухе — оксида углерода, диоксида серы, аммиака и др.

3. Плазменно-ионизационный метод. Основан на измерении изменения тока ионизации, полученного при введении в пламя водорода органических веществ. Значение тока пропорционально количеству углерода, сгорающего в единицу времени. На основе этого высокочувствительного метода созданы газоанализаторы типа «Гамма».

4. Хроматографический метод. Газовая хроматография — это непрерывно работающий физический метод разделения смесей газов, а также паров, не разлагающихся жидкостей и твердых веществ при их прохождении через колонку, заполненную сорбентом. В колонке происходит разделение смеси вследствие распределения ее компонентов между движущейся фазой и неподвижной фазой, которая может быть твердой и жидкой.

Существует два основных вида газовой хроматографии: 1) газоадсорбционная и 2) газожидкостная. В первом случае компоненты смеси непрерывно разделяются между движущейся газовой фазой, называемой газом — носителем, и твердым адсорбентом, что обусловлено чередованием процессов сорбции и десорбции. Во втором случае происходит чередование растворения компонента в пленке жидкой фазы, нанесенной на твердый инертный носитель, с обратным выделением в газовую фазу, т. е. в поток газа-носителя.

5. Экспрессный методы. Экспрессный метод позволяет определить малые концентрации токсичных веществ в воздухе простыми приемами и получать результаты быстро. В основе экспрессного метода лежит цветная реакция, протекающая в различных средах — в растворах, на бумаге или твердых сорбентах. Аналитические приемы, используемые в экспрессном анализе, различны. В одних случаях применяют принцип линейной колориметрии в индикаторных трубках или на бумаге, в других — колориметрию растворов по стандартным сериям. Известны приемы, когда анализируемый воздух протягивают через поглотительную среду до получения стандартной окраски.

Наибольшее применение в экспрессном ана­лизе воздушной среды нашел линейно-колори­метри­ческий метод с применением индикаторных трубок. Метод основан на получении окрашенного слоя индикаторного порошка. Длина окрашенного слоя пропорциональна концентрации исследуемого вещества в воздухе, протягиваемом через индикаторные трубки.

Особенность линейно-колориметрического метода состоит в том, что реакция между определяемым веществом и реактивом, нанесенным на зерна носителя, протекает в динамических условиях. Поэтому, реактивами могут служить только такие соединения, которые при быстрой реакции с определяемым веществом дают ярко окрашенные продукты, способные резко изменить первоначальный цвет порошка, содержащего эти реактивы. В качестве носителей применяют различные порошкообразные материалы — фарфор, крупнопористый силикагель и др.

Рис. 1.13. Воздухозаборное устройство УГ-2:

1 — корпус; 2 — сифон; 3 — пружина; 4 — кольцо распорное; 5 — канавка; 6 — шток; 7 — втулка; 8 — фиксатор; 9 — плата; 10, 12 — трубки резиновые; 11 — штуцер

Перед индикаторными трубками обычно располагают реактивы, задерживающие примеси, которые могут помешать вступлению в реакцию подлежащего обнаружению загрязняющего вещества. Этот фильтр предварительной очистки иногда отличается весьма сложным составом. Наиболее распространенным прибором для быстрого определения содержания вредных газов и паров является универсальный газоанализатор УГ-2, воздухозаборное устройство которого представлено на рис. 1.13.

Задача воздухозаборного устройства — пропускание через индикаторную трубку проб воздуха дозами — 100, 200, 300, 400 см³. Объем воздуха зависит от определяемого загрязняющего вещества.

Основной недостаток экспрессных методов — высокая погрешность. Основная относительная погрешность результата измерения концентрации вредных веществ в воздухе газоанализатором УГ-2 (при использования комплекта индикаторных средств) до 1 ПДК не превышает 60%, в интервале от 1 до 2 ПДК — 35% и свыше 2 ПДК — 25%.