Методы определения загрязняющих примесей, содержащих серу, азот, углерод в пробах воздуха.

Серусодержащие соединения.

Сероводород. Образуется в природе в результате разложения серусодержащих веществ природного происхождения, особенно растительных и животных аминокислот.

В промышленности сероводород встречается в неочищенном коксовом газе, в водяном газе, а также во многих природных газах. Он присутствует в качестве загрязнения в отходящих газах предприятий-изготовителей целлюлозы, искусственного шелка, вискозного штапельного волокна и каучука, сероуглерода, сернистых красителей и некоторых сульфидов. Он является обычным продуктом отброса при очистке нефти и производстве каменноугольной смолы. В незначительных количествах он выделяется установками для гашения шлаков, многими предприятиями пищевой промышленности, а также установками для анаэробной очистки сточных вод.Сероводород представляет собой горючее вещество, в смесях с воздухом взрывоопасен. Он растворяется в щелочах, образуя сульфиды, и дает осадок практически нерастворимых в воде сульфидов тяжелых металлов с растворами их солей. Его водные растворы имеют кислую реакцию. Сероводород может окисляться до элементарной серы (например, раствором йода), до SО₂ (в результате сжигания в воздухе) или до Н₂SО₄ (хлором или бромом в присутствии воды). Качественно Н₂S обнаруживается по типичному запаху или почернению бумаги, пропитанной раствором ацетата свинца. Сероводород отличается хорошо известным специфическим запахом тухлых яиц. При продолжительном воздействии наступает привыкание. Он действует как клеточный или ферментный яд.

Для количественных определений Н₂S может использоваться бумага, пропитанная ацетатом свинца. В литературе описаны два метода определения концентраций Н₂S. В обоих случаях в качестве поглотителя используется суспензия гидроксида кадмия. В одном методе колориметрическое конечное определение проводится по образующемуся метиленовому голубому, в другом — по молибденовой сини.

Диоксид серы встречается в природе в значительных концентрациях только в вулканических газах. Но он самое распространенное и важное по своему воздействию вредное вещество из числа промышленных и бытовых загрязнений атмосферы. Диоксид серы образуется при сгорании серусодержащих веществ и присутствует в отходящих газах, образующихся при сжигании серусодержащих видов топлива для производства тепла, пара или электрической энергии. Он образуется при обжиге сульфидсодержащих руд, а также при спекании измельченных серусодержащих руд. В промышленности он используется в производстве серной кислоты, а также сульфитного щелока в целлюлозной промышленности, как отбеливающее и консервирующее средство, в холодильных установках, как экстрагирующее вещество в нефтяной промышленности. Диоксид серы, растворяясь в воде, образует сернистую кислоту Н₂SО₃. Диоксид серы является сильным раздражающим газом, который можно распознать по запаху и вкусовым ощущениям даже при большом разбавлении. Его действие на органы дыхания усиливается в присутствии водяного пара (тумана) и дыма, т.к. основная часть газообразного SО₂ растворяется во влаге слизистых оболочек рта и носа и в виде аэрозоля может проникать во внутренние органы дыхания, где преобразуется в серную кислоту — превращение, которое в присутствии воды, копоти и золы частично происходит уже в аэрозольном состоянии. Загрязнение атмосферы SО₂ вызывает обострение заболеваний верхних дыхательных путей. Кроме того SО₂ вызывает усиление коррозии. Такие чувствительные к кислотам строительные материалы, как известняк и бетон, подвергаются быстрому разрушению в атмосфере, содержащей SО₂.

Существует большое число методов определения его в атмосфере, выбор которых зависит от поставленной цели, имеющегося в распоряжении времени и технических средств. Широко используются непрерывно регистрирующие приборы, основанные на измерении электропроводности. Их можно устанавливать в передвижных лабораториях. Действие других автоматических приборов основано на колориметрическом, потенциометрическом или кулонометрическом принципе.

Для быстрого определения высоких концентраций SО₃ на рабочем месте, применяются индикаторы утечки газа. Содержание SО₂ устанавливается по окрашиванию крахмала в синий цвет элементарным йодом, выделяющимся из йодата в присутствии SО₂ в результате реакции восстановления. Для определения больших количеств SО₂, можно использовать титриметрические методы.

Для непрерывных инструментальных наблюдений за концентрацией оксида серы применяются флуоресцентные автоматические газоанализаторы серии 667 ФФ. Сущность используемого метода состоит в регистрации флуоресцентного излучения молекул диоксида серы, возникающего под воздействием возбуждающего ультрафиолетового излучения. Возбуждение молекул диоксида серы происходит с помощью первичного светофильтра из спектра излучения лампы ИСК.20-1.

Азотсодержащие загрязнения воздуха.

Аммиак является естественным конечным продуктом разложения (гниения) азотсодержащих органических веществ, поэтому наряду с сероводородом в высоких концентрациях содержится в воздухе у помоек, сточных канав, уборных, хлевов и выгребных ям. Аммиак широко применяют в химической промышленности. Помимо производственных цехов синтеза аммиака, его можно обнаружить на коксовых заводах и при переработке побочных продуктов коксообразования, при дальнейшей переработке аммиака в азотную кислоту и удобрения всех типов, синильную кислоту, мочевину, при производстве пластмасс и лекарственных препаратов. Аммиак служит вспомогательным сырьем в производстве соды, используется в холодильной технике. Он хорошо растворяется в воде (нашатырный спирт).

Для определения аммиака в воздухе можно воспользоваться основными свойствами этого вещества и измерять его расход на взаимодействие с кислотой путем пропускания пробы воздуха через раствор кислоты с известным титром. В случае более низких концентраций NН₃ используют два колориметрических метода. Первый из них основан на использовании реактива Несслера, однако на результаты этого метода определения содержания аммиака оказывают влияние даже небольшие количества Н₂S, часто присутствующего вместе с NН₃ как примесь органического происхождения; поэтому перед определением NН₃ его необходимо выделить из щелочного раствора. Во втором методе использование модификации индофеноловой реакции помогает преодолеть это затруднение.

Оксид азота (I) N₂О образуется при многих реакциях разложения азотсодержащих органических и неорганических веществ: в значительных количествах N₂О содержится в газообразных продуктах сгорания взрывчатых веществ и в отходящих газах процессов окисления азотной кислотой; в малых концентрациях N₂О образуется при получении азотной кислоты путем сжигания аммиака, а также при производстве удобрений во время нагревания нитрата аммония. Следовые количества N₂О обнаружены и в табачном дыме (40 мкг в 1 г табака). Его очень трудно обнаружить, так как он хорошо растворяется в воде. N₂О применяется в зубоврачебной практике и в качестве наркотического средства при более серьезных операциях, иногда оксид азота (I) встречается и в пищевых продуктах (сбитые сливки). Определение содержания N₂О в воздухе представляет интерес прежде всего в связи с широким применением этого соединения для наркоза; в то же время следует указать на отсутствие специфичных чувствительных химических реакций, протекающих при комнатной температуре. Поэтому для определения низких концентраций N₂О пригодны только физические методы. В качестве таковых можно назвать масс-спектрометрию, а также анализ в инфракрасной области. Удобными методами определения низких концентраций N₂О в воздухе и отходящих газах являются также газовая хроматография и газожидкостная хроматография.

Оксид азота (II) и диоксид азотаобразуется в воздухе из азота и кислорода при высоких температурах. N0 является сопутствующим продуктом всех процессов горения и взрыва, при которых в избытке присутствует кислород, он образуется, в частности, в бензиновых и дизельных двигателях, выбрасывается из газовых турбин, при автогенной и электросварке. Известно образование N0 и NО₂ во время грозы. В табачном дыме N0 и NО₂ тоже присутствуют в значительных количествах. Они образуются при нитровании и из нитратов при их каталитическом производстве, при травлении металлов, гравировке на меди, присутствуют в отходящих газах при камерном способе производства серной кислоты.

Для анализа оксидов азота могут быть использованы методы, с помощью которых определяют как сумму этих окислов NО_x, так и содержание только N0 или NО₂. Отбор проб при высоких концентрациях можно проводить в специальные сосуды вместимостью 1—2 л, в которых можно также осуществлять необходимые реакции; для отбора проб при низких концентрациях в свободной атмосфере применяются способы, требующие пропускания 10—50 л воздуха. Методы суммарного определения при высоких концентрациях основаны, как правило, на превращении всех оксидов азота в азотную кислоту, содержание которой можно определять с помощью нитратселективных электродов, колориметрически, а также после превращения в NН₃.

Раздельное определение высоких концентраций N0 можно проводить с помощью инфракрасной спектрометрии, а во всех диапазонах концентраций — с помощью хемилюминесцентного анализа.

Содержание NО₂ определяют, прежде всего, спектрофотометрическим методом в видимой области спектра. Этот метод пригоден как для анализа отходящих газов, так и для определения состава воздуха на больших расстояниях. Для малых объемов используют газохроматографический метод с применением детектора электронного захвата. В большинстве случаев NО₂ определяют колориметрическим методом по образованию азокрасителей при использовании реактива Зальцмана. Калибровку целесообразно проводить по смесям воздуха с известным содержанием NО₂. Для автоматического определения NО₂ применяются приборы, основанные на принципе хемилюминесценции, а также колориметрии и кулонометрии.

Для непрерывных инструментальных наблюдений за концентрацией оксида (NО), диоксида азота (N0₂) и суммы оксидов азота (NО_Х), применяется одна из модификаций хемилюминесцентного автоматического газоанализатора 645 ХЛ. Сущность этого метода состоит в том, что реакция взаимодействия оксида азота N0 с озоном в соответствующих условиях сопровождается люминесценцией. Излучение происходит в инфракрасном диапазоне. Основная особенность реакции заключается в том, что интенсивность излучения пропорциональна числу взаимодействующих молекул, т. е. концентрации оксида азота. Озон, необходимый для протекания реакции, получают из кислорода окружающего воздуха при высоковольтном разряде в генераторе озона. Газоанализатор имеет три канала измерения концентрации: N0, NО₂, N0+ NО₂. Для получения максимальной чувствительности прибора в камере, где происходит реакция взаимодействия анализируемого оксида азота с озоном, с помощью побудителя расхода создается оптимальное разрежение (60—80 кПа).

Углеродсодержащие загрязнения воздуха.

Диоксид углерода.Атмосферный диоксид углерода существует в двух агрегатных состояниях: 1) основная часть — в газообразном состоянии и определяется обычно после поглощения жидкими реактивами кондуктометрическим методом или с помощью инфракрасной спектроскопии и 2) меньшее количество (до 30% от общего содержания) — в виде аэрозоля («ядерная фаза»). Наличие и количество этой ядерной фазы зависят от погодных условий. При повышенной температуре (более 50 °С) и при облучении зеленым светом (длина волны 510— 537 нм) эта фаза переходит в газовую.

Человеческий организм и его дыхательные функции сравнительно мало зависят от колебаний содержания СО₂ в атмосфере. В свободной атмосфере почти не встречаются вызывающие опасения концентрации СО₂, поэтому в атмосферном воздухе его определяют редко. В закрытых помещениях всегда может иметь место значительное повышение концентрации СО₂, ведущее к отравлению, а часто и к смерти. В атмосфере чистого СО₂ наступает мгновенная смерть вследствие паралича дыхательного центра, концентрации же свыше 60% СО₂ представляют большую опасность для жизни. Так как СО₂ в полтора раза тяжелее воздуха, он скапливается на полу закрытых помещений, например, погребов, складов зерна и картофеля и т. д. Дымовые газы могут содержать до 20% СО₂в зависимости от содержания О₂ в воздухе. На рудниках газовые выбросы, насыщенные СО₂ (при плохой погоде), могут привести к смертельным отравлениям. Обычным признаком насыщенности атмосферы СО₂ служит угасание свечи при концентрации больше 8% СО₂. При концентрации больше 2% пламя свечи приобретает красноватый оттенок. Входить в помещения, где существует опасность скопления СО₂, можно только в кислородном дыхательном аппарате.

Симптомы отравления: вялость, тошнота; однако развитию этих явлений способствуют запахи и испарения. Выброс дымовых газов опасен в основном не из-за СО₂, а из-за одновременно присутствующего в них, но гораздо более ядовитого оксида углерода.

Для растений богатый СО₂ воздух способствует усилению их роста. Поэтому воздух, богатый СО₂, вводят в почву.

Точные анализы проводят с помощью кислотно-основного титрования.

Пробы воздуха очень малого объема, например для биологических исследований, можно подвергать анализу статическим способом, используя колориметрический метод, в основе которого лежит обесцвечивание подщелоченного раствора фенолфталеина. С этой целью применяют и газохроматографические методы. Непрерывное автоматическое определение СО₂ можно проводить с помощью сравнительной кондуктометрии, а также по поглощению в инфракрасной области спектра.

Оксид углерода (СО) является типичным представителем бытовых, транспортных и промышленных загрязнений. В технических горючих газах оксид углерода содержится иногда в больших концентрациях: 40%.

Он всегда образуется при сжигании углеродсодержащих веществ в присутствии количеств воздуха, не достаточных для полного образования СО₂, и поэтому содержится во многих отходящих газах, например, в выхлопных газах автомобилей, а также до 2% в папиросном дыме.

При длительном пребывании на открытом воздухе в непосредственной близости от работающих бензиновых двигателей всегда существует опасность отравления оксидом углерода. Отравляющее действие СО основывается на его способности образовывать с гемоглобином относительно устойчивое комплексное соединение светло-красного цвета карбоксигемоглобин, аналогичное оксигемоглобину. Сродство СО к гемоглобину более чем в 200 раз сильнее, чем у кислорода. Однако образование карбоксигемоглобина обратимо; при достаточном доступе воздуха в легкие он снова превращается в оксигемоглобин. При этом содержание примерно 10% карбоксигемоглобина в крови еще не создает непосредственной опасности для дыхательной функции; длительно его содержание не должно превышать 2%. Для медиков интерес представляет определение содержания карбоксигемоглобина в крови. Определение осуществляется методом спектроскопии по полосе поглощения в желтой и зеленой областях спектра, которая у карбоксигемоглобина по сравнению с оксигемоглобином смещается в коротковолновую сторону.

Оксид углерода — несомненно, одно из самых распространенных вредных веществ в помещениях, производственных или жилых. Для быстрого полуколичественного обнаружения опасных концентраций СО с помощью разовых анализов применяются различные индикаторы утечки газа. Могут использоваться и инфракрасные приборы, обеспечивающие точное и избирательное определение содержания СО в воздухе. Эти приборы достаточно чувствительны, чтобы обнаруживать низкие концентрации СО также и в наружном воздухе.

Для анализа небольших проб воздуха (несколько миллилитров) целесообразно применять метод газовой хроматографии. С помощью соответствующих разделительных колонок можно непосредственно фиксировать СО детектором по теплопроводности.

Для непрерывных наблюдений за концентрацией наиболее распространенных примесей используются газоанализаторы. Газоанализатор УГ-2 предназначен для экспресс-анализа воздуха, в котором присутствуют газы СО, СО₂, NO_x, H₂S, Cl, CH₄, этиловый спирт и органические производные бензола (толуол, ксилол). В комплект прибора входят индикаторные трубки. Применяют прибор на промышленных и сельскохозяйственных производствах.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 669; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!