KR101199248B1 - 연장된 수명의 무기산 검출 테이프 - Google Patents

Abstract

무기산 검출 테이프가 처방 용액에 적시어진 셀루로오스지 기재를 포함하고 사용되었을 때 최소한 3개월 기간의 연장된 수명의 검출 테이프를 제공한다.

Description

연장된 수명의 무기산 검출 테이프 {EXTENDED LIFE MINERAL ACID DETECTION TAPE}

도1은 통상의 무기산 검출 테이프의 배경 안정도와 비교하여 실온 건조하에서 본 발명에 따른 연장된 수명의 무기산 검출 테이프의 배경 안정도를 나타낸 그래프이며;

도2는 통상의 무기산 검출 테이프의 배경 안정도와 비교하여 상승된 온도 조건하에서 본 발명에 따른 연장된 수명의 무기산 검출 테이프의 테이프 민감성 안정도를 나타낸 그래프이며;

도3은 통상의 무기산 검출 테이프의 민감성 안정도와 비교하여 실온 건조하에서 본 발명에 따른 연장된 수명의 무기산 검출 테이프의 민감성 안정도를 나타낸 그래프이며;

도4는 통상의 무기산 검출 테이프의 민감성 안정도와 비교하여 상승된 온도 조건하에서 본 발명에 따른 연장된 수명의 무기산 검출 테이프의 민감성 안정도를 나타낸 그래프이며;

도5는 통상의 무기산 검출 테이프의 반응 시간과 비교하여 본 발명에 따른 연장된 수명의 무기산 검출 테이프의 낮은 최종 가스 농도에서 반응 시간을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 연장된 수명의 무기산 검출 테이프에 관한 것으로, 특히 균일성 가스 민감도와 사용시 최소한 3개월 기간의 수용할 수 있는 배경색을 갖는 무기산 검출 테이프에 관한 것이다.

현재 존재하고 있는 무기산 검출 테이프가 몇 가지 형의 화학을 기초로 하여 이용되고 있다. 한가지 산 검출 시스템은 pH 지시 염료를 함유하는 무기산 검출 테이프를 이용한다. 그러나, 검출기 테이프에서 산을 주재로 한 착색이 안정성이 없고, pH 지시 염료 그 자체가 독성을 갖는다. 또한, 이와 같은 시스템에서 산 가스 농도와 착색 강도 사이의 상호 관계가 비-선형이므로 복잡한 광학 모니터 조립체가 필요하다. 더우기, pH 지시 염료의 수는 한정되어 있어 이와 같은 광학 모니터 조립체를 사용하여 이용할 수 있고, 이러한 검출 테이프는 약 일개월 기간의 한정된 유용한 수명을 갖는다.

다른 무기산 검출 테이프는 산 상에서 디아조-결합 반응에 응답하여 산 가스의 존재를 나타내는 강한 적색을 제공한다. 이와 같은 시스템이 산 가스에 민감할지라도 이러한 시스템은 한정된 유용한 수명시간을 갖는다. 또한, 이러한 시스템의 민감도와 테이프 배경색은 온도와 광선 민감도를 갖는 테이프 처방에서 일차 아민과 결합제와 같은 화학제에 불안정하다. 시간 이상 이러한 무기산 가스 검출 테이프의 배경은 어둡고, 테이프 배경이 어두움에 따라 테이프의 민감도는 감소한다. 예를들면, 이러한 테이프는 사용 4-6주 기간 내에 현저한 배경 급강하를 나타낸다. 또한, 이러한 테이프 암화는 실온 조건하에서 30-일 기간 내에 30-40%의 시각 판독 강하를 가져온다. 더불어, 이러한 검출 시스템은 불안정한 테이프 민감도와 30-일 기간 내에 10-20%와 90-일 기간 내에 40-60%의 민감도 감소를 갖는다. 따라서, 이러한 무기산 검출 테이프 시스템의 유용한 수명은 이들을 사용한 후 최대한 30-일 기간으로 한정된다. 따라서, 이러한 테이프는 산 가스의 수용할 수 있는 감시를 제공하기 위하여 사용 30-일 후에 대체하여야 한다.

또한, 산 가스의 농도와 테이프 색 강도 사이의 반응율은 산/가스 검출의 낮은 농도로 비-선형을 나타낸다. 나타난 반응 곡선은 S-형상이고, 이는 이러한 무기산 검출 테이프에 있어 좁은 검출 범위와 낮은 반응성을 가져오는 것이다.

본 발명의 하나의 목적은 현존 무기산 검출 테이프의 한정된 수명을 해결하는데 있다. 이러한 해결은 낮은 독성과 온도와 광선에서 감소된 의존성을 갖는 디아조-결합제를 이용하여 최소한 3개월의 유용한 수명을 갖는 개량된 무기산 검출 테이프를 제공하므로서 성취된다.

본 발명의 다른 목적은 실온 조건하에서 최소한 90일의 연장된 기간 이상으로 균일한 테이프 배경 안정성을 갖는 무기산 검출 테이프를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연장된 기간 이상에서 낮은 산 농도 수준에 민감한 무기산 검출 테이프를 제공하는데 있다.

본 발명의 더욱 다른 목적은 연장된 기간 이상으로 안정한 가스 검출 테이프 내에서 온도와 광선에 대한 감소된 의존성과 저독성 내성을 갖는 디아조-결합 시약 을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연장된 pH 범위 이상에서 안정성을 갖는 알킬화 무기산 검출 테이프를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 디아조 결합 시약에 산 검출 테이프를 균일하게 함침시켜서 최소한 90일 동안 시료 가스의 급기 효율과 습도를 갖는 테이프를 제공하는데 있다.

본 발명에 따라서 염산, 브롬화 수소산, 플루오르화 수소산, 요오드화 수소산, 질산, 황산, 인산과 초산과 같은 무기산 가스를 검출하는 산 가스 검출 테이프를 제공하고 이는 사용시에 최소한 3개월의 기간까지 무기산 검출지의 유용한 수명을 연장한다.

셀루로오스지 기재를 처방 용액을 함유하는 배스에 통과시켜서 연장된 수명의 무기산 검출 테이프를 처방 용액에 적신다. 처방 용액은 용매의 전체 체적 중 8-9체적%의 pH 완충재를 포함하고, 용매의 전체 중량 중 약 0.07-0.10중량%의 시약급 크로모트로프산을 조성물에 결합제로서 첨가한다. 용매의 전체 중량 중 0.25-0.38중량%의 조성 범위 내에서 질산 나트륨을 처방 조성물에 가하여 디아조화 반응을 촉진시킨다. 용매의 전체 중량 중 0.3-0.5중량%의 브롬화 나트륨 안정화제를 조성물에 가하고, 용매의 전체 중량 중 0.15-0.35중량%의 디아조화 결합제, 시약급 술퍼닐산을 조성물에 가한다. 용매의 전체 체적 중 4-4.5체적%의 0.1% 에틸 레드를 함유하는 pH 지시제를 조성물에 가하고, 용매의 전체 체적 중 4-5.5체적%의 다알코올을 함유하는 보습제를 조성물에 가한다. 각 시약을 용매로서 3.3 내지 3.5리터 양의 메틸 알코올에 표시된 순서로 용해시킨다.

처방 용액을 적당히 혼합할 때, 종이 테이프 기재는 처방 용액을 함유하는 배스로 통과시킨다. 다음 피복된 종이 기재를 70-80℃의 온도 범위로 유지되는 길이 1미터의 오븐에 통과시킨다. 피복된 테이프지는 분당 2.2 내지 3.4미터의 속도로 오븐을 이동한다. 건조 오븐을 나오는 건조된 무기산 검출 테이프는 밝거나 어두운 황색 색조의 색을 갖는다.

본 발명은 주위에서 무기산의 존재를 감시하는 연장된 수명의 무기산 검출 테이프에 관한 것이다. 셀루로오스 테이프지 기재(왓트맨 회사에서 제조한 Chroma-1과 동일)를 본 발명에 따른 처방 용액에 적셔서 최소한 90일의 연장된 수명을 갖는 검출 테이프를 제공한다.

처방 용액은 0.26M 수산화 나트륨 플러스 0.009M 보락스의 pH 완충재를 함유하며, 이는 용매의 전체 체적 중 8-9체적%이다. 선택적으로 pH 완충재는 0.28M 수산화 나트륨 플러스 0.15M의 3-(시클로헥실아미노)-1-프로판술폰산(이후 CAPS라 한다)일 수 있고, 이는 용매의 전체 체적 중 8-9체적%이다. 또한, pH 완충재는 0.26M 수산화 나트륨 플러스 0.12M 중탄산 나트륨일 수 있고, 이는 용매의 전체 체적 중 8-9체적%이다. pH 완충재의 양을 감소시키므로서 테이프 민감도가 증가함과 동시에 배경 암화가 증가한다. 이러한 범위 이상으로 완충 용액의 양이 증가하면 처방 용액의 민감도가 저하되는 결과를 가져온다. pH 완충재와 글리콜 프로폭실레이트 보 습제는 검출 테이프의 안정화에 이용된다.

용매의 전체 중량 중 0.07-0.1중량%의 시약급 크로모트로프산의 결합제를 처방 용액에 첨가한다. 처방에 이러한 결합제의 양을 증가시키므로서 테이프 배경의 배경 암화는 과량의 결합제로 인하여 가속화되고, 이는 결합제의 자체-결합을 일으킨다.

처방 용액은 용매의 전체 중량 중 약 0.05-0.11중량%의 시약급 N-나프틸에틸렌디아민 디하이드로클로라이드(이후 NED라 한다)를 임의로 함유할 수 있다. NED를 사용하여 염산 가스에 대한 민감도를 증가시킨다. 배경 암화는 과량의 결합제로 인하여 더 빠르게 가속화되고, 이는 반응 메카니즘의 자체-결합을 일으킨다. 또한, 임의의 결합제 NED는 N,N-디메틸아닐린, 이미노디벤질과 겐티스트산에서 선택할 수 있다. 아질산 나트륨의 양은 용매의 전체 중량 중 0.25-0.38중량%이다.

또한, 처방에 브롬화 나트륨을 함유하는 안정화제를 사용한다. 안정화제의 양은 용매의 전체 중량 중 0.032-0.05중량%이다.

처방 용액은 디아조화 결합제로서 시약급 술퍼닐산을 더 포함한다. 결합제의 양은 용매의 전체 중량 중 0.15-0.35중량%이다. 또한, 결합제는 메타닐산, 아트라닐산, m-아미노아세토아닐리드와 p-니트로아닐린에서 선택할 수 있다. 처방 용액은 용매의 전체 체적 중 4-4.5체적%의 0.1% 에틸 레드를 함유하는 pH 지시제를 부가적으로 포함한다. pH 지시제는 약 4.5의 pH에서 적색을 나타내고, 6.5의 pH에서 황색을 나타낸다. pH 지시제의 양이 증가하므로서 검출 초기에 선형도가 강화된다. 색 변화는 산 가스와 접촉했을 때 무색/황색에서 적색 또는 청색으로 일어나는 것이 바람직하다. 처방 용액의 사용에 수용할 수 있는 부가적 지시제는 에틸 오렌지, 메틸 레드와 메타닐 옐로우에서 선택할 수 있다.

끝으로, 용매의 전체 체적 중 4-5.5중량%의 일부 에틸렌 글리콜과 일부 글리세롤 프로폭실레이트를 함유하는 다알코올인 보습제를 처방 용액에 첨가한다. 다알코올에서 글리콜 프로폭실레이트의 양을 감소시키므로서 검출 테이프의 민감도가 목표 가스에 노출되었을 때 증가한다. 그러나, 테이프 배경의 암화는 더 빠르게 일어난다. 이러한 보습재의 양을 증가시키므로서 민감도는 낮아진다. 사용할 수 있는 기타 보습제에는 폴리에틸렌 글리콜 또는 글리세롤이 있다.

pH 완충재와 결합제, 디아조화용 아질산염, 안정화제, 디아조화 결합제, pH 지시제와 보습제를 포함하는 각 시약을 용매로서 3.3-3.5리터의 메틸 알코올에 기재된 순서로 용해시킨다. 에틸 알코올을 용매로서 사용하더라도 이 용매는 더 낮은 민감도와 더 낮은 가스 급기 효율을 가져온다.

처방 용액과 방향족 아민에 존재하는 아질산 이온은 시료 가스 흐름에 존재하는 산 가스와 반응하여 하기 (1)에 표시된 바와 같은 중간체 디아조늄염을 형성한다. 이 디아조늄염은 디아조늄 이온을 함유함을 특징으로 하고, 이는 평형에 도달하기 위하여 공유될 수 있는 전자종을 찾아내는 친전자체이다.

디아조늄염은 방향족 결합 화합물 크로모트로프산과 결합하여 하기 (2)에 표시된 바와 같은 적색-오렌지색의 아조 착체를 형성한다.

이들 착체는 적셔지고 연장된 수명의 무기산 검출 테이프에서 가시적 색체가 분명하다. 테이프에서 색체의 강도는 시료 흐름에 존재하는 독성 가스의 양에 관계된다.

이러한 산 검출 테이프를 이용하여 검출될 수 있는 무기산에는 브롬화 수소, 염화수소, 플루오르화 수소, 요오드화 수소, 질산, 황산, 인산과 초산이 있다.

검출 테이프는 셀루로오스지 기재로 이루어지고, 이는 통상 Chroma-1로 판매되고 있다. 종이 검출 테이프는 종이 테이프를 처방 용액을 함유하는 배스에 통과시켜서 처방 용액에 적신다. 테이프를 약 1미터 길이를 갖는 오븐에 통과시킨 다음 이를 70-80℃로 유지한다. 적셔진 테이프는 약 45-75초의 오븐 내 체류 시간을 갖는 속도로 오븐에서 진행한다. 테이프가 오븐을 나올 때, 밝은 황색을 가지고 카세트에 감긴다.

도1-5에 도시된 바와 같이 종이 검출 테이프를 여러가지 처방 용액에 적시어서 종래 기술에 따른 시료 검출 테이프 D와 비교되는 여러가지 시료 A-C를 제공한 다. 도1-5에서 시료 A는 보락스와 일부 에틸렌 글리콜과 일부 글리세롤 프로폭실레이트의 다알콜올을 함유하는 pH 완충재를 이용한 표준 처방 용액이고, 시료 B는 pH 완충재가 10% 이하의 글리세롤 프로폭실레이트를 함유하는 시료 A의 표준 처방 용액이며, 시료 C는 pH 완충재가 3-(시클로헥실아미노)-1-프로판술폰산(CAPS)을 포함하는 시료 A의 표준 처방 용액이고, 시료 D는 결합 화합물 N-나프틸에틸렌 디하이드로클로라이드와 차례로 반응하는 디아조늄염을 공급하기 위하여 반응하는 P-니트로아닐린, 방향족 아민을 함유하는 종래의 대표적인 종이 검출 테이프이다.

특히, 도1과 도2에서 종이 검출 테이프, 시료 A-C는 처방 용액으로 처리되고, 90일 초과시에 안정한 배경을 잘 제공한다. 특히, 도1에서 배경은 100 광학 내에서 변하고, 실온 건조하에 90일 내에서 5% 강하하고, 도2에 도시된 바와 같이 100-300 광학 내에서는 고온 조건하에 10% 강하가 판독된다. 또한, 도3과 4에 도시된 바와 같이 종이 검출 테이프, 시료 A-C는 실온(도3)하에서와 고온(도4)하에서 처방 용액으로 처리되고,최소한 90일에 10%내의 민감도를 제공하나 시료 D로 대표되는 통상의 산 검출 테이프는 약 40-60%의 민감도 강하를 가져온다.

더불어, 도5에 도시된 바와 같이 처방 용액으로 처리되는 종이 검출 테이프, 시료 A와 C는 현존 산 검출 테이프, 시료 D와 비교할 때 낮은 산 가스 농도 수준에서 증가된 반응 시간을 제공한다.

상기에서 본 발명의 바람직한 구성에 관하여 예시하고 기술하였으며, 또한 이러한 것은 단지 예를 든 것에 불과하고, 본 발명의 정신에 벗어나지 않는 한 여러가지 수정과 재정리를 할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (8)

1. (a) 용매의 전체 체적 중 8-9체적%의 농도의 pH 완충재, (b) 용매의 전체 중량 중 0.07-0.10중량%의 제일 결합제, (c) 산 가스와 디아조화 결합제와 반응하여 디아조늄 염을 형성하고, 용매의 전체 중량 중 0.25-0.38중량%의 농도를 갖는 아질산 나트륨, (d) 용매의 전체 중량 중 0.30-0.50중량%의 브롬화 나트륨 안정화제, (e) 용매의 전체 중량 중 0.15-0.35중량%의 상기 디아조화 결합제, (f) 용매의 전체 체적 중 4-4.5체적%의 pH 지시제, (g) 용매의 전체 체적 중 4-5.5체적%의 다알코올을 함유하는 보습제로 이루어지고, 처방 용액의 각 성분이 3.3 내지 3.5리터의 메탄올 용매에 용해되는, 처방 용액에 함침되는 기류의 무기산을 검출하는 검출 테이프.
2. 제1항에 있어서, 처방용액에 있어 상기 pH 완충재를 0.26M 수산화 나트륨과 0.009M 붕산 나트륨 또는 0.28M 수산화 나트륨과 0.15M 3-(시클로헥실아미노)-1-프로판술폰산 또는 0.26M 수산화나트륨과 0.12M 중탄산 나트륨에서 선택하는 무기산 검출 테이프.
3. 제1항에 있어서, 처방용액에 있어 상기 제일 결합제가 시약급 크로모트로프산인 무기산 검출 테이프.
4. 제1항에 있어서, 처방 용액에 있어 상기 디아조화 결합제를 시약급 술퍼닐산, 메타닐산, 안트라닐산, n-아미노아세트아닐리드와 P-니트로아닐린 선택하는 무기산 검출 테이프.
5. 제1항에 있어서, 처방 용액에 있어 상기 pH 지시제를 에틸 레드, 에틸 오렌지, 메틸 레드와 메타닐 옐로우에서 선택하는 무기산 검출 테이프.
6. 제1항에 있어서, 처방용액에 있어 상기 보습제를 일부의 에틸렌 글리콜 플러스 일부의 글리세롤 프로폭실레이트 또는 폴리에틸렌 글리콜 또는 글리세롤에서 선택한하는 무기산 검출 테이프.
7. 제1항에 있어서, 상기 처방 용액이 상기 브롬화 나트륨 안정화제를 첨가한 후 처방 용액에 첨가되는 제이 결합제를 더 포함하는 무기산 검출 테이프.
8. 제7항에 있어서, 처방용액에 있어 상기 제이 결합제를 시약급 N-(1-나프틸)에틸렌디아민 디하이드로클로라이드, N,N-디메틸아닐린, 이미노디벤질과 겐티스트산에서 선택하는 무기산 검출 테이프.

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