13.3. Визначення токсичних речовин у повітрі

Для визначення різних речовин проби повітря відбирають по-різному. Незалежно від способу відбору, для того, щоб встановити вміст речовини у повітрі, визначають його температуру та атмосферний тиск, а потім результати приводять до нормальних умов.

Визначають пари ртуті безполуменевою атомною абсорбцією. Пари ртуті вловлюють, пропускаючи повітря через сильно кислий розчин K₂Cr₂O₇ для окиснення різних форм сполук меркурію у Hg²⁺:

3Hg+Cr₂O₇^2-+14H⁺=3Hg²⁺+2Cr³⁺+7H₂O.

Одержану сіль меркурію відновлюють до Hg:

Hg²⁺+Sn²⁺+6Cl^- = Hg­+SnCl₆^2-,

а виділені пари Hg визначають атомно-абсорбційно.

Визначення парів берилію. Пари Ве та його сполук вловлюють, пропускаючи пробу повітря через фільтр. Фільтр промивають у склянці три рази 5% розчином HCl до утворення BeCl₂. Рідину переносять у мірну колбу на 50,00 мл та доводять водою до мітки.

Якщо на фільтрі є ВеО та інші нерозчинні сполуки берилію, то фільтр обзолюють, потім сплавляють з KF при 200°:

K₂F₂+BeO=BeF₂+K₂O.

Одержаний берилій фторид розчиняють сульфатною кислотою:

BeF₂+H₂SO₄=BeSO₄+H₂F₂.

У розчині визначають вміст солі берилію фотометрично з берилоном ІІІ або алюміноном, як описано вище в розділі 13.1.

Тетраетил плюмбум визначають методом газорідинної хроматографії. Повітря пропускають через силікагель, на якому сорбується (C₂H₅)₄Pb. Для визначення середньодобової концентрації (С₂Н₅)₄Рb повітря аспірують 30 хв зі швидкістю 15 л/хв через три паралельно з’єднані поглинальні пристрої (по 2 г силікагелю в кожному) 12 разів протягом доби. Проби можна зберігати протягом трьох діб.

Силікагель з відібраною пробою переносять у пробірку з притертим корком та двічі промивають невеликою кількістю CCl₄ для десорбції (C₂H₅)₄Pb. Розчини зливають у чисту пробірку, випарюють розчинник до залишку розчину 0,5 мл.

Порцію розчину (5 мкл) вносять у хроматограф при температурі 130°С з полуменево-іонізаційним детектором. Нерухома фаза – поліфеніловий ефір, газ-носій – N₂, H₂. Визначенню не заважають вуглеводні з вмістом карбону С₁-С₅ і ароматичні сполуки. Нижня межа виявлення - 0,0025 мкг, визначувані концентрації у повітрі – 5×10^-7 - 2,5×10^-4 мг/м³.

Визначення PH₃ i AsH₃ ґрунтується на окисненні PH₃ i AsH₃ до H₃PО₄ i H₃AsО₄, а останні взаємодіють з амоній молібдатом з утворенням гетерополікислот H₃[PMo₁₂O₄₀] та H₃[AsMo₁₂O₄₀], які після відновлення молібдену утворює сполуку синього кольору. Визначення проводять фотометрично (розділ 10.1). Обидва гази взаємно заважають. Нижня межа виявлення: PH₃ – 0,04 мкг/мл, а в повітрі 0,005-0,25 мг/м³; AsH₃ – 0,02 мкг/мл, а у повітрі 0,01-0,05 мг/м³ відповідно.

Визначення NH_3. Повітря пропускають через розчин H₂SO₄. В одержаному розчині вміст амонію визначають з реактивом Неслера фотометрично. Можна визначати одержаний (NH₄)₂SO₄ взаємодією його з гіпохлоритом, фенолом та нітропрусидом у вигляді синього індофенолу (розділ 9.3).

Визначають СО різними методами. Перед визначенням оксид відділяють від супутніх газів пропусканням повітря через молекулярне сито, з якого СО видаляють термодесорбцією.

У присутності ніхромового каталізатора і водню СО відновлюють у СН₄. Останній визначають методом газо-адсорбційної хроматографії.

СО + 3Н₂ = СН₄ + Н₂О.

Безпосередньо з повітря визначають СО методом газової хроматографії з полуменево-іонізаційним детектором. Визначувані концентрації – 0,2-30 мг/м³.

При згорянні СО у кисні виникає хемілюмінесценція у видимій ділянці спектра при l=400 нм. За її інтенсивністю визначають вміст СО. Нижня межа виявлення 0,5 мг/м³.

Метод ІЧ-спектроскопії застосовують для автоматичного визначення СО в діапазоні концентрацій у повітрі 10^-4-10^-2%. Вимірюють інтенсивність поглинання характеристичного коливання С=О, а інші речовини при цій довжині хвилі не поглинають.

Визначення СО₂. Суху склянку на 5 л заповнюють повітрям (попередньо її заповнюють водою та зважують, щоб знайти об’єм). У склянку наливають 100 мл 0,0250 М розчину Ва(ОН)₂, закривають та струшують 15 хв. Розчин переливають у суху колбу. Відбирають аліквоту і визначають вміст утвореного НСО₃^- титруванням розчином HCl з метиловим оранжевим.

Метод ІЧ-спектроскопії. Вимірюють поглинання характеристичного коливання СО₂ у пробі повітря і визначають його концентрацію. Визначувані концентрації 10^-4-10^-2%.

Визначення NO₂ проводять різними методами.

Для фотометричного визначення повітря пропускають через 8% KJ:

2KJ+2NO₂=J₂+2KNO₂.

До одержаного розчину нітриту додають реактив Гріса та вимірюють оптичну густину одержаного продукту рожевого кольору (розділ 9.5).

Методом газо-адсорбційної хроматографії визначають NO₂ з проби повітря, використовуючи детектор електронного захоплення, оскільки NO₂ характеризується великою спорідненістю до електронів.

Хемілюмінесцентне визначення NO полягає в окисненні озоном, що супроводжується хемілюмінесценцією:

NO+O₃ = NO₂*+O₂,

NO₂*® NO₂+hn.

Випромінювання з’являється в інфрачервоному діапазоні при 1200 нм. За його інтенсивністю визначають концентрацію молекул NO.

При визначення у повітрі NO₂ його розкладають нагріванням до 200°С, а потім аналогічно визначають NO.

2NO₂ 2NO+O₂

Діапазон визначуваних концентрацій оксидів нітрогену – 10^-2-10^-4 млн^-1.

Визначення SO₂. Для фотометричного визначення SO₂ повітря пропускають через розчин Н₂О₂:

SO₂+H₂O₂ = H₂SO₄.

Розчин сульфату титрують фотометрично розчином Ba(ClO₄)₂ з індикатором тороном жовтого кольору при l=550 нм. Відбувається зміна забарвлення від жовтого до рожевого.

Флуоресцентний метод. При дії на SO₂ у повітрі ультрафіолетовим випромінювання ксенонової лампи при довжинах 220-240 нм виникає флуоресцентне випромінювання в області 260-400 нм. Вимірюють інтенсивність випромінювання.

Турбідиметрично. Повітря пропускають через 3% розчин KClO₃:

3SO₂+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+KCl.

З одержаного розчину сульфату дією солі плюмбуму осаджують PbSO₄, який визначають турбідиметрично.

Визначення аерозолю Н₂SО₄ (SО₃). Повітря, яке містить туман кислоти, сажу, дим, пропускають через подвійний шар фільтрувального паперу. Кислоту з фільтра вимивають водою.

У розчині H₂SO₄ титрують потенціометрично 0,00100 М розчином NaOH. Однак цим методом, крім H₂SO₄, визначають разом усі поглинуті кислоти. Для визначення саме H₂SO₄ титрування проводять розчином Ba(ClO₄)₂ з тороном.

Турбідиметрично. До одержаного фільтрату додають сіль барію та одержують важкорозчинний BaSO₄, який визначають.

Визначення аерозолю лугу. Повітря пропускають через дистильовану воду, а в одержаному розчині визначають вміст лугу титруванням стандартним розчином кислоти.

Визначення Н₂S. Якщо концентрація H₂S мала, то пробу повітря пропускають через суспензію Cd(OH)₂. Після цього суспензію CdS розчиняють у кислоті. В розчині визначають вміст сульфіду.

Фотометрично. До розчину додають метиленову синьку (метиловий голубий) і визначають оптичну густину продукту взаємодії сульфіду зі синькою (розділ 9.5). При надто великій концентрації розчин розводять.

Флуориметрично. Додавання до одержаного розчину H₂S флуоресцеїн-Hg-СН₂СООН спричиняє гасінню флуоресценції. Порівнюючи інтенсивність флуоресценції реактиву без гідрогенсульфіду та з ним, визначають вміст H₂S. Цим методом можна виявити 0,2 мг/мл сульфіду у поглинальному розчині. Визначенню заважає присутність NO₂ i SO₂, хоча останній можна видалити фільтруванням через фільтр, просочений розчином КНСО₃.

Йодометричним титруванням. Через розчин йоду точно відомої концентрації і азиду натрію пропускають повітря, яке містить H₂S. У розчині відбувається взаємодія йоду з азидом натрію, яку каталізує H₂S:

J₂+2NaN₃ 2NaJ+3N₂.

Залишок вільного йоду відтитровують арсенітом з крохмалем:

J₂+HAsO₂+2H₂O = 2J^-+H₃AsO₄+2H⁺.

За кількістю йоду, що вступив у реакцію, обчислюють кількість сульфіду.

Визначення HCN. Повітря пропускають через дистильовану воду, а в розчині визначають ціанід фотометрично після окиснення бромом і взаємодї з піридином та бензидином, як це було описано вище (розділ 13.1).

ВизначаютьCl₂ після вловлювання з повітря водним розчином KBr.

У склянку на 100 мл з пористим дном поміщають 25 мл розчину KBr з метиловим оранжевим та пропускають через пористу пластинку повітря протягом 30 хв зі швидкістю 0,5-0,7 л/хв. Виділяється бром, який окиснює метиловий оранжевий:

Cl₂+2KBr = Br₂+2KCl.

Розчин містить також HgCl₂ для зв’язування іонів Cl^-, та Н₂О₂ для усунення впливу SO₂.

Вимірюють оптичну густину знебарвленого розчину метилового оранжевого при l=510 нм. Для побудови градуйованого графіка використовують стандартний розчин NaClO.

Визначення F₂. Повітря пропускають через U-подібну трубку, заповнену твердим KBr, а після неї через розчин KJ:

F₂+2KBr = Br₂+2KF, Br₂+2KJ = J₂+2KBr.

Вміст твердої речовин та розчину переносять у колбу, змивають дистильованою водою і виділений J₂ титрують стандартизованим розчином тіосульфату в присутності крохмалю.

Визначення НCl. Повітря пропускають через дистильовану воду. У розчині хлорид визначають фотометрично з Hg(SCN)₂ у присутності індикатора Fe³⁺ за інтенсивно червоним тіоціанатним комплексом:

2Cl^-+Hg(SCN)₂ = HgCl₂+2SCN^-,

nSCN^-+Fe³⁺ = Fe(SCN)_n^3-n.

Для визначення НF повітря пропускають через дистильовану воду. У розчині визначають фторид описаними вище методами: фотометрично з цирконій алізариновим (розділ 9.4); потенціометрично з іоноселективним електродом (розділ 10.6).

Визначення парів спиртів з вмістом карбону С₁-С₁₀

Пробу повітря 10 л (для визначення вмісту спиртів на рівні 0,5 ГДК) пропускають через сорбційну трубку з активним вугіллям. Для різних спиртів різні значення ГДК: для СН₃ОН – 5 мг/м³, для С₂Н₅ОН – 1 г/м³, для вищих спиртів – 10 мг/м³. Для десорбції спиртів активоване вугілля з трубки переносять у колби та заливають бензолом.

До одержаного бензольного розчину спиртів додають комплекс ванадію з оксихіноліном у бензолі і нагрівають до 65-70°С, розчин після охолодження підлужнюють. Одержується сполука оранжево-рожевого кольору, яку визначають фотометрично при l=370 нм. В аналізованому об’ємі розчину можна виявити 5 мкг спиртів. Визначенню заважають феноли. Аналогічно визначають вміст фурфурилового та ізодецилового спиртів.

Спирти можна визначати методом газорідинної хроматографії з полуменево-іонізаційним детектором і гелієм як газом-носієм. Для цього пробу повітря пропускають через охолоджену до +4°С дистильовану воду. Щоб встановити вміст речовин на рівні 0,5 ГДК об’єм проби повітря повинен бути: для етанолу – 0,05 л, для метанолу – 10 л, пропанолу, ізопропанолу, ізобутанолу – 5 л, бутанолу – 10 л. У хроматограф вводять 2 мкл суміші з поглинального розчину.

Визначення диметилкетону, дихлорметану, дихлоретану, трихлоретану, бензолу. Ці речовини в повітрі утворюють пару. Їхні ГДК_в.з. такі: С₆Н₆ – 5, C₂H₄Cl₂, С₂Н₃Сl₃ – 10, CН₂Cl₂ – 50, CH₃-CO-CH₃ – 200 мг/м³.

Проби повітря не концентрують, а безпосередньо вводять шприцом (до 5 мл) у газорідинний хроматограф (з хроматоном як стаціонарною фазою). Колонку продувають азотом або воднем, розділяють суміш при 80°С. Межа виявлення речовин у повітрі становить 1,0 мг/м³. Визначенню не заважають аліфатичні вуглеводні. Хлорпохідні вуглеводнів найкраще визначати детектором електронного захоплення.

Визначення етилбензолу. Пару етилбензолу концентрують з повітря в оцтовій кислоті, концентрат нейтралізують лугом. Відбирають леткі речовини за методом рівноважної пари та визначають їх у газорідинному хроматографії з полуменево-іонізаційним детектором.

Визначення дихлорметану. Пробу повітря (1 л для визначення на рівні 0,5 ГДК) пропускають через охолоджену льодом з водою безводну ацетатну кислоту; ГДК CH₂Cl₂ у повітрі 50 мг/м³.

До аліквоти розчину повільно додають 40% NaOH, перемішують і поміщають у киплячу водяну баню та витримують у ній протягом години. При цьому дихлорметан поступово окиснюється в альдегід:

Після охолодження розчину до нього повільно доливають хромотропову кислоту в концентрованій сульфатній кислоті і нагрівають 30 хв. Утворюється продукт фіолетового кольору, який визначають фотометрично при l=574 нм. В аналізованому розчині можна виявити 2,5 мкг CH₂Cl₂, а нижня межа виявлення у повітрі становить 25 мг/м³.

Визначення хлоровмісних отрутохімікатів

Пробу повітря (8-12 л) зі швидкістю 0,5 л/хв пропускають через 4-5 мл ацетону. Можна пропускати повітря через силікагель, а потім вимивати з нього діетиловим ефіром.

Незалежно від способу відбору, одержаний розчин нагрівають до 50С (у випадку ацетону) або 40°С (у випадку ефіру) і випаровують надлишок розчинника (гексахлорбутадієн – при 25°С).

Випарену пробу мікропіпеткою наносять на пластинку для хроматографічного розділення. Пластинку вносять у камеру, що містить гексан або гексаново-ацетоному суміш і розділяють хлоровмісні сполуки. Проявляють пластинку розчином AgNO₃ в NH₃ та ацетоні або розчином ароматичного аміну в ацетоні. Після дії проявника пластину опромінюють ультрафіолетовим випромінюванням щонайменше 20 хв (при визначенні хлорофосу – до 40 хв). На місці отрутохімікатів з’являються темні плями.

Хлорорганічні пестициди визначають також з допомогою методу, який передбачає твердофазову екстракцію з наступним газохроматографічним розділенням на двох капілярних колонках. детектування хлорорганічних пестицидів здійснюють з допомогою детектора електронного захоплення.