RU2319958C1 - Method of determining microconcentrations of ammonia vapors in air - Google Patents
Method of determining microconcentrations of ammonia vapors in air Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319958C1 RU2319958C1 RU2007102561/04A RU2007102561A RU2319958C1 RU 2319958 C1 RU2319958 C1 RU 2319958C1 RU 2007102561/04 A RU2007102561/04 A RU 2007102561/04A RU 2007102561 A RU2007102561 A RU 2007102561A RU 2319958 C1 RU2319958 C1 RU 2319958C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ammonia
- air
- film
- resonator
- test device
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аналитической химии неорганических соединений и может быть использовано для определения микроконцентраций паров аммиака в воздухе и газовой смеси любого состава.The invention relates to analytical chemistry of inorganic compounds and can be used to determine the microconcentration of ammonia vapor in air and a gas mixture of any composition.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения концентрации паров аммиака с помощью индикаторных трубок на основе нитрата ртути (II) [Ю.А.Золотов, В.Г.Амелин // Тест-методы анализа. - М.: Химия, 2002, - 290 с.].The closest in technical essence and the achieved effect is a method for determining the concentration of ammonia vapor using indicator tubes based on mercury (II) nitrate [Yu.A. Zolotov, V. G. Amelin // Test analysis methods. - M .: Chemistry, 2002, - 290 p.].
Недостатком существующего способа является токсичность чувствительного реагента-наполнителя (соль ртути), высокий предел обнаружения при определениях микроконцентраций паров аммиака в газовой фазе, длительность анализа, необходимость аспирации воздуха, субъективность фиксирования аналитического сигнала, зависимость длины окрашенной зоны от внутреннего диаметра трубки, скорости просачивания воздуха, нечеткости границы окрашенной области вследствие размывания хемосорбента. Для способа характерны высокие погрешности, что связано с различной плотностью набивки индикатора и неравномерностью пропитки носителя.The disadvantage of the existing method is the toxicity of the sensitive filler reagent (mercury salt), a high detection limit in determining microconcentrations of ammonia vapor in the gas phase, the duration of the analysis, the need for air aspiration, the subjectivity of fixing the analytical signal, the dependence of the length of the colored zone on the inner diameter of the tube, the rate of air leakage , the fuzziness of the border of the colored region due to erosion of the chemisorbent. The method is characterized by high errors, which is associated with different densities of the indicator packings and uneven media impregnation.
Технической задачей изобретения является разработка способа определения паров аммиака в воздухе в диапазоне концентраций 0,01-10 мг/м3 с применением пьезокварцевого преобразователя с тонкопленочным покрытием, характеризующегося высокой чувствительностью, с низкими пределами обнаружения, точностью, экспрессностью и селективностью анализа, объективностью измерения и принятия решения, безопасностью применяемых реагентов.An object of the invention is to develop a method for determining ammonia vapor in air in the concentration range of 0.01-10 mg / m 3 using a piezoelectric crystal transducer with a thin film coating, characterized by high sensitivity, with low detection limits, accuracy, expressivity and selectivity of analysis, measurement objectivity and decision making, the safety of the reagents used.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения микроконцентраций паров аммиака в воздухе, включающем приготовление хемосорбента, заполнение им тест-устройства, экспонирование в воздухе, определение концентрации аммиака, новым является то, что в качестве тест-устройства применяют пьезокварцевый резонатор, электроды которого модифицируют нанесением на них раствора сульфосалициловой кислоты так, чтобы масса пленки сорбента после удаления растворителя сушкой в сушильном шкафу при температуре 40-50°С в течение 15-20 мин и горизонтальном расположении резонатора составила 10-15 мкг, регистрируют изменение частоты колебаний пьезокварцевого резонатора с пленкой (сенсор) в газовой смеси или воздухе с аммиаком в течение 10-15 с, по которому находят концентрацию аммиака с применением градуировочного графика .The stated technical problem is achieved by the fact that in the method for determining the microconcentrations of ammonia vapors in air, including the preparation of chemisorbent, filling it with a test device, exposure in air, determining the concentration of ammonia, it is new that a piezoelectric crystal is used as a test device, the electrodes of which modify by applying a solution of sulfosalicylic acid on them so that the mass of the sorbent film after removing the solvent by drying in an oven at a temperature of 40-50 ° C for 15-20 min and the horizontal arrangement of the resonator was 10-15 μg, the change in the frequency of oscillations of a piezoelectric crystal resonator with a film (sensor) in a gas mixture or air with ammonia was recorded for 10-15 s, from which the ammonia concentration was found using a calibration graph .
Технический результат изобретения заключается в разработке способа определения микроконцентраций паров аммиака в воздухе за счет протекания химической реакции на поверхности покрытия, расширении базы существующих модификаторов для определения микроконцентраций аммиака в воздухе, сокращении общего времени анализа, снижении пределов обнаружения и относительной погрешности, существенного повышения избирательности определения и объективности измерений и принятия решения, повышения экспрессности измерений и безопасности подготовки измерительного устройства к работе.The technical result of the invention is to develop a method for determining microconcentrations of ammonia vapors in air due to a chemical reaction on the coating surface, expanding the base of existing modifiers for determining microconcentrations of ammonia in air, reducing the total analysis time, reducing detection limits and relative error, significantly increasing the selectivity of determination and objectivity of measurements and decision making, increase of expressness of measurements and safety of preparations measuring device to work.
Фиг.1. - Градуировочный график для определения содержания паров аммиака по изменению частоты колебаний пьезокварцевого резонатора с пленкой сульфосалициловой кислоты на электродах .Figure 1. - Calibration graph for determining the content of ammonia vapor by changing the frequency of oscillations of a piezoelectric crystal resonator with a film of sulfosalicylic acid on the electrodes .
Фиг.2. - Сорбционная активность пленки сульфосалициловой кислоты к соединениям различной природы: 1 - аммиак, 2 - вода, 3 - этанол, 4 - анилин, 5 - ацетон, 6 - метилэтилкетон, 7 - фенол, 8 - сероводород.Figure 2. - Sorption activity of the sulfosalicylic acid film to compounds of various nature: 1 - ammonia, 2 - water, 3 - ethanol, 4 - aniline, 5 - acetone, 6 - methyl ethyl ketone, 7 - phenol, 8 - hydrogen sulfide.
Способ определения микроконцентраций паров аммиака в воздухе заключается в следующем.The method for determining the microconcentration of ammonia vapor in the air is as follows.
На электроды пьезокварцевого резонатора наносят раствор сульфосалициловой кислоты так, чтобы масса пленки сорбента после удаления растворителя сушкой в сушильном шкафу при температуре 40-50°С в течение 15-20 мин и горизонтальном расположении резонатора составила 10-15 мкг. Подготовленный резонатор с пленкой помещают в закрытую ячейку детектирования и фиксируют исходный («нулевой») отклик сенсора - частоту колебания. Затем в ячейку вкалывают шприцем пробу воздуха, содержащую пары аммиака на уровне микроконцентраций (0,01-10 мг/м3). Регистрируют частотомером или с помощью компьютера изменение частоты колебаний пьезокварцевого резонатора с пленкой (сенсор) в газовой смеси или воздухе с аммиаком в течение 10-15 с. Рассчитывают изменение частоты колебаний сенсора при введении паров аммиака и по градуировочному графику , который строят по стандартным газовым смесям, находят концентрацию его в анализируемой пробе воздуха (фиг.1).A solution of sulfosalicylic acid is applied to the electrodes of the piezoelectric crystal so that the mass of the sorbent film after removing the solvent by drying in an oven at a temperature of 40-50 ° C for 15-20 minutes and a horizontal arrangement of the resonator is 10-15 μg. A prepared resonator with a film is placed in a closed detection cell and the initial (“zero”) response of the sensor — the oscillation frequency — is recorded. Then, a sample of air containing ammonia vapors at the level of microconcentrations (0.01-10 mg / m 3 ) is injected into the cell with a syringe. Register with a frequency meter or using a computer a change in the frequency of oscillations of a piezoelectric crystal resonator with a film (sensor) in a gas mixture or air with ammonia for 10-15 seconds. Calculate the change in the oscillation frequency of the sensor with the introduction of ammonia vapors and according to the calibration graph , which is built on standard gas mixtures, find its concentration in the analyzed air sample (figure 1).
Для оценки чувствительности и селективности определения пьезокварцевый резонатор с пленкой сульфосалициловой кислоты (сенсор) экспонируют в парах тест-соединений (фиг.2). Сенсор на основе сульфосалициловой кислоты проявляет чрезвычайно высокое сорбционное сродство к аммиаку при практически полной сорбционной инертности к другим соединениям.To assess the sensitivity and selectivity of determining a piezoelectric crystal with a film of sulfosalicylic acid (sensor) is exposed in pairs of test compounds (figure 2). The sulfosalicylic acid-based sensor exhibits an extremely high sorption affinity for ammonia with almost complete sorption inertness to other compounds.
Положительный эффект по предлагаемому способу достигается за счет того, что сульфосалициловая кислота характеризуется селективностью и специфичностью к парам аммиака, обусловленной высокими кислотными свойствами сульфогруппы, что, в свою очередь, способствует протеканию химической реакции по сульфогруппе с образованием аммиаката сульфосалициловой кислоты, затем обратимым взаимодействием по карбоксильной и гидроксильной группам.The positive effect of the proposed method is achieved due to the fact that sulfosalicylic acid is characterized by selectivity and specificity for ammonia vapors, due to the high acidic properties of the sulfo group, which, in turn, contributes to the chemical reaction of the sulfo group with the formation of sulfosalicylic acid ammonia, then a reversible interaction on the carboxylic acid and hydroxyl groups.
Концентрацию паров аммиака находят по градуировочному графику , который строят по стандартным газовым смесям аммиака.The concentration of ammonia vapor is found on the calibration curve built on standard ammonia gas mixtures.
Все измерения проводят в закрытой моносенсорной ячейке детектирования с инжекторным вводом пробы в статических условиях.All measurements are carried out in a closed monosensor detection cell with injection injection of the sample in static conditions.
Способ поясняется следующим примером.The method is illustrated by the following example.
ПримерExample
На два обезжиренных этиловым спиртом электрода пьезокварцевого резонатора AT - среза с собственной частотой колебаний 8-10 МГц наносят микрошприцем раствор сульфосалициловой кислоты и удаляют свободный растворитель в сушильном шкафу 20 мин при температуре 45°С, располагая резонатор строго горизонтально в держателе. Масса пленки после сушки и охлаждения составляет 15,5 мкг. Подготовленный резонатор с пленкой (сенсор) помещают в закрытую ячейку детектирования и фиксируют исходный («нулевой») отклик - частоту колебания. Дрейф "нулевой" линии после сушки составляет ±3 Гц/мин. При большем отклонении резонатор с пленкой повторно сушат. Затем в ячейку детектирования поочередно вкалывают шприцем стандартные газовоздушные смеси с известной концентрацией аммиака (0,01-10 мг/м3). Регистрируют частотомером или с помощью компьютера изменение частоты колебаний пьезокварцевого резонатора с пленкой (сенсор) в газовой смеси или воздухе с аммиаком в течение 10-15 с. Рассчитывают изменение частоты колебаний сенсора при введении паров аммиака и строят градуировочный график в координатах (фиг.1). Вкалывают в детектор шприцем анализируемую пробу воздуха, содержащую аммиак. Фиксируют частотомером или с помощью компьютера изменения отклика сенсора (частота колебаний) в течение 10 с. Рассчитывают изменение частоты колебаний сенсора (аналитический сигнал) при введении паров аммиака и по градуировочному графику (фиг.1) находят концентрацию его в анализируемой пробе воздуха.A solution of sulfosalicylic acid is applied using a syringe with two syringes of ethylene-fat-free electrodes of an AT-piezoelectric quartz resonator with a natural oscillation frequency of 8-10 MHz and the free solvent is removed in an oven for 20 min at a temperature of 45 ° C, placing the resonator strictly horizontally in the holder. The mass of the film after drying and cooling is 15.5 μg. A prepared resonator with a film (sensor) is placed in a closed detection cell and the initial (“zero”) response — the oscillation frequency — is recorded. The drift of the "zero" line after drying is ± 3 Hz / min. With a larger deviation, the film resonator is re-dried. Then, standard gas-air mixtures with a known concentration of ammonia (0.01-10 mg / m 3 ) are successively injected into the detection cell with a syringe. Register with a frequency meter or using a computer a change in the frequency of oscillations of a piezoelectric crystal resonator with a film (sensor) in a gas mixture or air with ammonia for 10-15 seconds. Calculate the change in the frequency of oscillations of the sensor with the introduction of ammonia vapor and build a calibration graph in coordinates (figure 1). An analyzed air sample containing ammonia is injected into the detector with a syringe. The frequency response or using a computer is used to record changes in the sensor response (oscillation frequency) for 10 s. Calculate the change in the oscillation frequency of the sensor (analytical signal) with the introduction of ammonia vapors and according to the calibration curve (Fig. 1) find its concentration in the analyzed air sample.
Без обновления пленок возможен анализ 10-12 проб, включая градуировочные смеси. После этого пленка легко смывается водой и повторно наносится на этот же преобразователь.Without updating films, analysis of 10-12 samples is possible, including calibration mixtures. After that, the film is easily washed off with water and re-applied to the same transducer.
При реализации способа определения микроконцентраций паров аммиака в воздухе снижается предел обнаружения аммиака в газовой фазе; повышается воспроизводимость измерений; устраняется мешающее влияние сопутствующих компонентов при анализе паров аммиака; повышаются экспрессность и селективность определения; не применяются токсичные реагенты для подготовки устройства к работе.When implementing the method for determining the microconcentration of ammonia vapors in air, the detection limit of ammonia in the gas phase is reduced; reproducibility of measurements increases; eliminates the interfering effect of related components in the analysis of ammonia vapor; expressivity and selectivity of determination increase; no toxic reagents are used to prepare the device for operation.
Способ осуществим.The method is feasible.
Сравнительная характеристика заявляемого способа и прототипа приведена в таблице.Comparative characteristics of the proposed method and prototype are shown in the table.
Как видно из примера, таблицы и фиг.1-2, положительный эффект по способу определения микроконцентраций паров аммиака в воздухе достигается при применении в качестве тест-устройства пьезокварцевого преобразователя, модифицированного раствором сульфосалициловой кислоты, путем нанесения его на два электрода с последующей сушкой, горизонтально укрепляя в держателе резонатор, в течение 15-20 мин при температуре 45-50°С, так, что масса пленки сорбента составляет 10-15 мкг, концентрацию аммиака находят по градуировочному графику по отклику резонатора с пленкой в парах аммиака, измеренному в течение 10-15 с.As can be seen from the example of the table and FIGS. 1-2, a positive effect on the method for determining the microconcentrations of ammonia vapors in air is achieved by using a piezoelectric crystal transducer modified with a solution of sulfosalicylic acid as a test device by applying it to two electrodes, followed by drying, horizontally strengthening the resonator in the holder for 15-20 minutes at a temperature of 45-50 ° C, so that the mass of the sorbent film is 10-15 μg, the concentration of ammonia is found according to the calibration curve according to the resonant response and the film in an ammonia vapor, measured within 10-15 seconds.
Разработанный способ позволяет определять аммиак в воздухе на уровне концентраций 0,01-10 мг/м3, снизить общее время анализа (до 1 мин). Способ экспрессный, легко осуществимый, высокоселективный, применим для определения паров аммиака в воздухе различных объектов и сложных смесей газов.The developed method allows to determine ammonia in air at a concentration level of 0.01-10 mg / m 3 , reduce the total analysis time (up to 1 min). The express method, easily feasible, highly selective, is applicable for determination of ammonia vapors in the air of various objects and complex mixtures of gases.
Изменение природы сорбента, способа формирования пленки модификатора, положения резонатора, температуры и времени при сушке, а также ее массы не позволяет сформировать однородное тонкопленочное покрытие на поверхности пьезокварцевого преобразователя и, как следствие, приводит к снижению чувствительности и высокой погрешности определения аммиака. Изменение времени регистрации аналитического сигнала сенсора при сорбции приводит к высоким погрешностям построения градуировочного графика и количественной оценки паров аммиака в газовой фазе.A change in the nature of the sorbent, the method of forming the modifier film, the position of the resonator, temperature and time during drying, as well as its mass does not allow a uniform thin-film coating to form on the surface of the piezoelectric crystal and, as a result, leads to a decrease in sensitivity and a high error in the determination of ammonia. Changing the time of registration of the analytical signal of the sensor during sorption leads to high errors in constructing a calibration graph and quantitative estimation of ammonia vapor in the gas phase.
Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет:The proposed method in comparison with the prototype allows you to:
- снизить предел обнаружения аммиака в газовой фазе в 10 раз;- reduce the detection limit of ammonia in the gas phase by 10 times;
- повысить воспроизводимость анализа в 5 раз;- increase the reproducibility of the analysis by 5 times;
- увеличить воспроизводимость стадии формирования чувствительного слоя сорбента в 5 раз;- increase the reproducibility of the stage of formation of the sensitive layer of the
- устранить мешающее влияние сопутствующих компонентов при анализе паров аммиака;- eliminate the interfering effect of related components in the analysis of ammonia vapor;
- сократить общее время анализа в 5 раз;- reduce the total analysis time by 5 times;
- повысить селективность определения;- increase the selectivity of determination;
- повысить объективность измерения и принятия решения;- increase the objectivity of measurement and decision making;
- не применять токсичные реагенты для подготовки устройства к работе.- Do not use toxic reagents to prepare the device for operation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007102561/04A RU2319958C1 (en) | 2007-01-23 | 2007-01-23 | Method of determining microconcentrations of ammonia vapors in air |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007102561/04A RU2319958C1 (en) | 2007-01-23 | 2007-01-23 | Method of determining microconcentrations of ammonia vapors in air |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2319958C1 true RU2319958C1 (en) | 2008-03-20 |
Family
ID=39279854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007102561/04A RU2319958C1 (en) | 2007-01-23 | 2007-01-23 | Method of determining microconcentrations of ammonia vapors in air |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2319958C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583162C1 (en) * | 2015-03-05 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Amperometric method of measurement of concentration of ammonia in nitrogen |
-
2007
- 2007-01-23 RU RU2007102561/04A patent/RU2319958C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЗОЛОТОВ Ю.А., АМЕЛИН В.Г. Тест-методы анализа - М., Химия, 2002, 290 с. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583162C1 (en) * | 2015-03-05 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Amperometric method of measurement of concentration of ammonia in nitrogen |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sidi-Boumedine et al. | Experimental determination of carbon dioxide solubility data in aqueous alkanolamine solutions | |
Holloway et al. | Impedance analysis of the thickness shear mode resonator for organic vapour sensing | |
JPS6382354A (en) | Gas testing method and device | |
Kuchmenko et al. | Sorption specifics of volatile amines on thin films of acid-base indicators | |
CN101713763A (en) | Method for determining benzene series substances in atmosphere | |
RU2319958C1 (en) | Method of determining microconcentrations of ammonia vapors in air | |
Mirmohseni et al. | Determination of chlorinated aliphatic hydrocarbons in air using a polymer coated quartz crystal microbalance sensor | |
JP2000304672A (en) | Variable sensitivity detection method of substance to be detected using crystal oscillator | |
RU2555775C1 (en) | Method for rapid evaluation of safety of articles made of phenol-formaldehyde plastic | |
RU2543687C1 (en) | Method of assessing quality of nitrogen-containing mineral fertilisers with application of biosensors | |
RU2493556C1 (en) | Method and apparatus for determining concentration of nitrogen oxide(no) in gaz medium | |
Yuwono et al. | Performance test of a sensor array-based odor detection instrument | |
Muller et al. | Evaluation of coated QCM for the detection of atmospheric ozone | |
RU2592209C2 (en) | Rapid method for detection of acetone and phenol | |
RU2396555C1 (en) | Method of detecting methyl acetate vapour in presence of benzyl acetate in workplace air | |
RU2377551C2 (en) | Method of selective air analysis for acetone | |
RU2363943C1 (en) | Method of determining trace concentrations of ammonia | |
RU2315986C1 (en) | Method of the quantitative determination of ammonia in the air of the industrial premises | |
RU2321846C1 (en) | Method for determining micro-concentrations of ethyl spirits in steam-gas mixtures | |
RU2390765C1 (en) | Method of detecting benzene | |
JP2000346776A (en) | Method and device for gas analysis, record medium with gas analysis program stored, and record medium with gsa analysis data stored | |
RU2329495C1 (en) | Test method for determining volatile acidity of wine | |
RU2163374C1 (en) | Process of manufacture of modifier of electrodes of piezo- quartz resonator to detect vapors of organic substances in air | |
RU2284031C1 (en) | Method for determining fumes of acetaldehyde in the air of workzone | |
JPH0446202Y2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090124 |