RU2786344C1 - Automated method for the determination of formaldehyde - Google Patents

Automated method for the determination of formaldehyde Download PDF

Info

Publication number
RU2786344C1
RU2786344C1 RU2022109951A RU2022109951A RU2786344C1 RU 2786344 C1 RU2786344 C1 RU 2786344C1 RU 2022109951 A RU2022109951 A RU 2022109951A RU 2022109951 A RU2022109951 A RU 2022109951A RU 2786344 C1 RU2786344 C1 RU 2786344C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
formaldehyde
fed
determination
monochromator
reagents
Prior art date
Application number
RU2022109951A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Георгиевна Крупнова
Ольга Викторовна Ракова
Екатерина Васильевна Тетерина
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)"
Application granted granted Critical
Publication of RU2786344C1 publication Critical patent/RU2786344C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: analytical chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to analytical chemistry and can be used for automatic highly mobile environmental monitoring. The automated method for determining formaldehyde consists in the automatic determination of formaldehyde, consists of one of the well-known highly sensitive reactions of complexes of reagents with formaldehyde, leading to the formation of light-absorbing and fluorescent complexes, where a gaseous sample of formaldehyde in a flow mode is in contact with a 0.2-0.4% cold solution of sulfuric acid. acids with a temperature of 5-15°C to transfer formaldehyde from the gas phase to the liquid phase, and differs in that the necessary reagents are fed into the reaction chamber in real time and conditions are created for the complete reaction to proceed, and then bubbles are removed from the resulting solution using a degasser gas and it is fed into the flow cell, while in order to reduce the size of devices using the method as a light source and monochromator, an LED is used, and in the case of fluorescence, an emitted light monochromator is a miniature prism, then at the final stage the entire system is washed with distilled water, and for recording signals and processing the measurement results, it is fed to specialized software.
EFFECT: automation of the process of determination of formaldehyde concentrations without operator control.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для автоматического высокомобильного экологического мониторинга атмосферного воздуха, жилых и производственных объектов (зданий и сооружений), сточных вод, материалов (например, ДСП, МДФ) на предмет определения в них содержания формальдегида с использованием малогабаритного спектроанализатора.The invention relates to the field of ecology and can be used for automatic highly mobile environmental monitoring of atmospheric air, residential and industrial facilities (buildings and structures), wastewater, materials (for example, chipboard, MDF) to determine the content of formaldehyde in them using a small spectrum analyzer.

Изобретение позволяет определять содержание формальдегида автоматизированным способом для последующего анализа полученной информации в режиме онлайн.The invention allows to determine the content of formaldehyde in an automated way for subsequent analysis of the information received online.

Очень важно контролировать содержание формальдегида в воздухе, воде, а также в твердых материалах, содержащих фенолформальдегидные смолы. Санитарно-химический контроль состояния воздуха, воды, твердых материалов является сложной химико-аналитической задачей, так как анализируемые системы имеют многокомпонентный состав, а определяемые концентрации находятся на уровне, который может быть 10–6 и ниже %. Так максимальная разовая величина ПДК формальдегида составляет 0,05 мг/м3, среднесуточные значения ПДК - 0,01 мг/м3 (СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания"). Данному веществу присвоен первый класс опасности (ГОСТ 12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»). Требования к чувствительности и точности анализа очень высоки. It is very important to control the content of formaldehyde in air, water, and also in solid materials containing phenol-formaldehyde resins. Sanitary-chemical control of the state of air, water, solid materials is a complex chemical-analytical task, since the analyzed systems have a multicomponent composition, and the determined concentrations are at a level that can be 10–6 % or lower. So the maximum one-time value of the MPC of formaldehyde is 0.05 mg / m 3 , the average daily values of the MPC - 0.01 mg / m 3 (SanPiN 1.2.3685-21 "Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and (or) harmlessness of environmental factors for humans a habitat"). This substance has been assigned the first hazard class (GOST 12.1.005-88 General sanitary and hygienic requirements for the air of the working area). The requirements for sensitivity and accuracy of the analysis are very high.

Из уровня техники известно, что для определения формальдегида в клееных материалах существуют два подхода к измерению эмиссии формальдегида в готовой продукции. Первый основан на экстракции этого вещества из контрольных образцов. Второй базируется на оценке концентрации формальдегида в атмосфере вокруг образца (http://www.derewo.ru/derewo_jornal_pdf/2011/plity1-one-page.pdf). И тот, и другой предполагают финальное определение формальдегида в газовой фазе. При определении формальдегида в газовой фазе в большинстве методах анализа формальдегид растворяют в дистиллированной воде и проводят определение формальдегида в растворе, кроме методов газохроматографии и сенсорного определения.It is known from the prior art that for the determination of formaldehyde in bonded materials, there are two approaches to measuring the emission of formaldehyde in finished products. The first is based on the extraction of this substance from control samples. The second one is based on an estimate of the formaldehyde concentration in the atmosphere around the sample (http://www.derewo.ru/derewo_jornal_pdf/2011/plity1-one-page.pdf). Both require the final determination of formaldehyde in the gas phase. When determining formaldehyde in the gas phase, in most analysis methods, formaldehyde is dissolved in distilled water and formaldehyde is determined in solution, except for gas chromatography and sensory determination methods.

Известно газохроматографическое определение формальдегида с использованием различных детекторов. Однако при низкой концентрации хроматографические пики формальдегида плохо разрешимы и чувствительность газохроматографического определения формальдегида невелика. Еще одним способом реализации является метанирование формальдегида путем восстановления водородом и косвенное определение в виде метана. В последние годы предпринимаются попытки автоматизации данного процесса и определения в режиме, приближенном к онлайн (1 раз в 30-40 минут). Однако этот метод дает неактуальные результаты, труден в реализации и требует дорогостоящего оборудования (ГОСТ Р ИСО 16000-4–2007 «Воздух замкнутых помещений. Часть 4. Определение формальдегида. Метод диффузионного отбора проб»).Known gas chromatographic determination of formaldehyde using various detectors. However, at a low concentration, the chromatographic peaks of formaldehyde are poorly resolved and the sensitivity of the gas chromatographic determination of formaldehyde is low. Another way of implementation is the methanation of formaldehyde by reduction with hydrogen and indirect determination as methane. In recent years, attempts have been made to automate this process and determine it in a mode close to online (once every 30-40 minutes). However, this method gives irrelevant results, is difficult to implement and requires expensive equipment (GOST R ISO 16000-4-2007 "Indoor air. Part 4. Determination of formaldehyde. Diffusion sampling method").

Известны из уровня техники сенсоры, позволяющие определять формальдегид в газовой фазе без перевода в раствор в онлайн режиме. Однако они позволяют проводить определение при высоких концентрациях формальдегида, диапазон измерения до 10 мг/м³ (http://rosensor.com/ch2o). Существуют более новые чувствительные разработки на основе нанокристаллических полупроводниковых оксидов по патенту RU 2723161. Высокое энергопотребление газовых сенсоров является основным ограничением для их применения в автономных и переносных газоанализаторах.Sensors are known from the prior art that allow determining formaldehyde in the gas phase without transferring it to a solution online. However, they allow determination at high concentrations of formaldehyde, measuring range up to 10 mg/m³ (http://rosensor.com/ch2o). There are newer sensitive developments based on nanocrystalline semiconductor oxides according to patent RU 2723161. The high power consumption of gas sensors is the main limitation for their use in autonomous and portable gas analyzers.

Недостатком является высокая рабочая температура полупроводниковых газовых сенсоров, что приводит к деградации микроструктуры нанокристаллических полупроводниковых оксидов, нестабильности базового сопротивления чувствительного слоя сенсора и, как следствие, к необходимости периодического проведения сложной процедуры калибровки сенсоров.The disadvantage is the high operating temperature of semiconductor gas sensors, which leads to degradation of the microstructure of nanocrystalline semiconductor oxides, instability of the base resistance of the sensitive layer of the sensor, and, as a result, to the need to periodically perform a complex sensor calibration procedure.

Наиболее информативным способом определения формальдегида является жидкостная высокоэффективная хроматография. Определение формальдегида в водной фазе основано на реакции формальдегида с 2,4-динитрофенилгидразином (2,4-ДНФГ) («Методы анализа формальдегида» авторов Третьяков В.Ф., Талышинский Р.М., Илолов А.М., Голубева И.А., Ковалева Н.И., Французова Н.А., Якимова М.С., Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2008. Т. 3. № 6. С. 3-13). При этом из воздуха ФА обычно адсорбируют на силикагеле, на который нанесен 22,4 -ДНФГ. При наличии в исследуемой смеси других веществ, способных реагировать с 2,4 -ДНФГ, таких как озон или диоксид азота, можно использовать другие реагенты.The most informative way to determine formaldehyde is liquid high performance chromatography. The determination of formaldehyde in the aqueous phase is based on the reaction of formaldehyde with 2,4-dinitrophenylhydrazine (2,4-DNPH) (“Methods for the analysis of formaldehyde” by Tretyakov V.F., Talyshinsky R.M., Ilolov A.M., Golubeva I. A., Kovaleva N.I., Frantsuzova N.A., Yakimova M.S., Bulletin of MITHT named after M.V. Lomonosov, 2008. V. 3. No. 6. P. 3-13). In this case, FA is usually adsorbed from air on silica gel coated with 22,4-DNPH. If there are other substances in the test mixture that can react with 2,4-DNPH, such as ozone or nitrogen dioxide, other reagents can be used.

Недостатком данного способа определения является высокая стоимость оборудования, сложный пробоотбор и пробоподготовка, трудоемкость процесса, необходимость привлечения высококвалифицированных специалистов, невозможность автоматизации процесса и определения в режиме реального времени.The disadvantage of this method of determination is the high cost of equipment, complex sampling and sample preparation, the complexity of the process, the need to attract highly qualified specialists, the impossibility of automating the process and determining in real time.

Существуют различные спектрофотометрические (РД 52.04.824-2015 «Массовая концентрация формальдегида в пробах атмосферного воздуха. Методика измерений фотометрическим методом с фенилгидразином», МУК 4.1.2469-09 «Измерение массовых концентраций формальдегида в воздухе рабочей зоны фотометрическим методом») и спектрофлуориметрические способы определения формальдегида (М 02-02-2005 «Методика выполнения измерений массовой концентрации формальдегида в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населенных мест флуориметрическим методом на анализаторе жидкости 'Флюорат-02'», NASH T. The colorimetric estimation of formaldehyde by means of the Hantzsch reaction. Biochem J. 1953).There are various spectrophotometric (RD 52.04.824-2015 "Mass concentration of formaldehyde in atmospheric air samples. Measurement technique by the photometric method with phenylhydrazine", MUK 4.1.2469-09 "Measurement of mass concentrations of formaldehyde in the air of the working area by the photometric method") and spectrofluorimetric methods for determining formaldehyde (M 02-02-2005 "Methodology for measuring the mass concentration of formaldehyde in the air of the working area and the atmospheric air of populated areas by the fluorimetric method on the liquid analyzer 'Fluorat-02'", NASH T. The colorimetric estimation of formaldehyde by means of the Hantzsch reaction . Biochem J. 1953).

Недостатком данных способов является невозможность автоматизации процесса определения формальдегида в режиме реального времени, а также необходимость использования крупногабаритных приборов, что затрудняет определение формальдегида в мобильных и реальных условиях.The disadvantage of these methods is the impossibility of automating the process of determining formaldehyde in real time, as well as the need to use large devices, which makes it difficult to determine formaldehyde in mobile and real conditions.

Известны автоматизированные спектрофотометры и спектрофлуориметры, в которых для коммутации потоков пробы и растворов реагентов используются несколько насосов и кранов, при этом образование аналитических форм определяемых веществ происходит при смешении зон пробы и растворов реагентов в процессе их перемещения в потоке носителя через смесительное устройство в детектор. Недостатком является неполное перемешивание реагентов, неполнота протекания реакции и расслоение зон. В результате автоматизированные проточные способы уступают по чувствительности определений своим стационарным аналогам [Мультикоммутационная схема циклического инжекционного анализа применительно к спекрофотометрическому определению никеля, меди и цинка в аэрозолях воздуха К.С. Фульмес, А.В. Булатов, А.Л. Москвин, Л.Н. Москвин, Аналитика и контроль. 2013. Т. 17. № 3, с.326-332]. Automated spectrophotometers and spectrofluorimeters are known, in which several pumps and taps are used to switch the flow of sample and reagent solutions, while the formation of analytical forms of analytes occurs when the sample zones and reagent solutions are mixed during their movement in the carrier stream through the mixing device to the detector. The disadvantage is the incomplete mixing of the reagents, the incompleteness of the reaction and the separation of zones. As a result, automated flow methods are inferior in sensitivity to their stationary counterparts [Multi-switching scheme of cyclic injection analysis in relation to the spectrophotometric determination of nickel, copper and zinc in air aerosols by K.S. Fulmes, A.V. Bulatov, A.L. Moskvin, L.N. Moskvin, Analytics and control. 2013. V. 17. No. 3, pp. 326-332].

Существуют автоматизированные способы, которые включают в себя реакционные емкости – смесительные камеры, в которых создаются условия для полного завершения реакции образования аналитических форм, что позволяет обеспечить полноту протекания реакции. Однако недостатком данного способа является появление пузырьков газа, которые образуются при смешении определяемого компонента и реагентов, что уменьшает точность определения.There are automated methods that include reaction containers - mixing chambers, in which conditions are created for the complete completion of the reaction for the formation of analytical forms, which makes it possible to ensure the completeness of the reaction. However, the disadvantage of this method is the appearance of gas bubbles, which are formed when the component to be determined and the reagents are mixed, which reduces the accuracy of the determination.

Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность определения концентраций формальдегида без контроля оператора автоматизированным способом в режиме онлайн с точностью и чувствительностью на уровне стационарных аналогов спектофотометрического и спектрофлуоресцентного определения за счет реализации определения в проточном режиме и обеспечения полноты протекания реакции формальдегида с реагентами и последующей дегазацией.The technical result of the claimed invention is the possibility of determining formaldehyde concentrations without operator control in an automated way online with accuracy and sensitivity at the level of stationary analogues of spectrophotometric and spectrofluorescent determination by implementing the determination in a flow mode and ensuring the completeness of the reaction of formaldehyde with reagents and subsequent degassing.

Указанный технический результат достигается за счет автоматизированного определения формальдегида и состоит в том, что выбирается одна из известных высокочувствительных реакций реагентов с формальдегидом, ведущая к образованию светопоглощающих и флуоресцирующих комплексов. Газообразная проба формальдегида в проточном режиме контактирует с 0,2-0,4% холодным раствором серной кислоты с температурой 5-15 градусов Цельсия для перевода формальдегида из газовой фазы в жидкую. Далее в режиме реального времени в реакционную камеру подаются необходимые реагенты и создаются условия для полного протекания реакции. Затем с помощью дегазатора из образовавшегося раствора удаляются пузырьки газа, и он подается в проточную кювету, при этом для возможности уменьшения габаритов устройств, использующих способ в качестве источника света и монохроматора, используется светодиод, а в случае флуоресценции – монохроматор испускаемого света – миниатюрная призма. На заключительном этапе вся система промывается дистиллированной водой. Для регистрации сигналов и обработки результатов измерений используется специализированное программное обеспечение как показано на Фиг.1.This technical result is achieved by automated determination of formaldehyde and consists in the fact that one of the known highly sensitive reactions of reagents with formaldehyde is selected, leading to the formation of light-absorbing and fluorescent complexes. A gaseous sample of formaldehyde in flow mode is in contact with a 0.2-0.4% cold solution of sulfuric acid at a temperature of 5-15 degrees Celsius to transfer formaldehyde from the gas phase to the liquid. Further, the necessary reagents are fed into the reaction chamber in real time and conditions are created for the complete reaction to proceed. Then, with the help of a degasser, gas bubbles are removed from the resulting solution, and it is fed into the flow cell, while in order to reduce the size of devices using the method as a light source and a monochromator, an LED is used, and in the case of fluorescence, a monochromator of the emitted light is a miniature prism. At the final stage, the entire system is washed with distilled water. For registration of signals and processing of measurement results, specialized software is used as shown in Fig.1.

Предлагаемый способ имеет изобретательский уровень, поскольку обладает новизной и приводит к автоматизации и мобильности уже известных способов определения формальдегида исключительно в лабораторных условиях.The proposed method has an inventive step, since it is novel and leads to automation and mobility of already known methods for the determination of formaldehyde exclusively in laboratory conditions.

Предлагаемый способ промышленно применим, так как может быть реализован в приборе, который имеет небольшие габариты, может быть использован в мобильных лабораториях и переносных установках с возможностью передачи данных на персональный компьютер и анализа полученных данных, а также для определения источника формальдегида.The proposed method is industrially applicable, since it can be implemented in a device that has small dimensions, can be used in mobile laboratories and portable installations with the ability to transfer data to a personal computer and analyze the data obtained, as well as to determine the source of formaldehyde.

Claims (1)

Автоматизированный способ определения формальдегида, заключающийся в автоматическом определении формальдегида, состоящий из одной из известных высокочувствительных реакций комплексов реагентов с формальдегидом, ведущей к образованию светопоглощающих и флуоресцирующих комплексов, где газообразная проба формальдегида в проточном режиме контактирует с 0,2-0,4% холодным раствором серной кислоты с температурой 5-15 °C для перевода формальдегида из газовой фазы в жидкую, отличающийся тем, что в режиме реального времени в реакционную камеру подаются необходимые реагенты и создаются условия для полного протекания реакции, а затем с помощью дегазатора из образовавшегося раствора удаляются пузырьки газа и он подается в проточную кювету, при этом для возможности уменьшения габаритов устройств, использующих способ в качестве источника света и монохроматора, используется светодиод, а в случае флуоресценции – монохроматор испускаемого света – миниатюрная призма и далее на заключительном этапе вся система промывается дистиллированной водой, а для регистрации сигналов и обработки результатов измерений подается на специализированное программное обеспечение.An automated method for the determination of formaldehyde, which consists in the automatic determination of formaldehyde, consisting of one of the well-known highly sensitive reactions of complexes of reagents with formaldehyde, leading to the formation of light-absorbing and fluorescent complexes, where a gaseous sample of formaldehyde in a flow mode is in contact with a 0.2-0.4% cold solution sulfuric acid with a temperature of 5-15 ° C to transfer formaldehyde from the gas phase to the liquid phase, characterized in that the necessary reagents are fed into the reaction chamber in real time and conditions are created for the complete reaction to proceed, and then bubbles are removed from the resulting solution using a degasser gas and it is fed into the flow cell, while in order to reduce the dimensions of devices using the method as a light source and monochromator, an LED is used, and in the case of fluorescence, an emitted light monochromator is a miniature prism, and then at the final stage, the entire system The stem is washed with distilled water, and for recording signals and processing the measurement results, it is fed to specialized software.
RU2022109951A 2022-04-13 Automated method for the determination of formaldehyde RU2786344C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786344C1 true RU2786344C1 (en) 2022-12-20

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723161C1 (en) * 2019-04-26 2020-06-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Gas-sensitive layer for determining formaldehyde in air, sensor with gas-sensitive layer and detector for determining formaldehyde

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723161C1 (en) * 2019-04-26 2020-06-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Gas-sensitive layer for determining formaldehyde in air, sensor with gas-sensitive layer and detector for determining formaldehyde

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОСТ Р ИСО 16000-4-2007 "ВОЗДУХ ЗАМКНУТЫХ ПОМЕЩЕНИЙ. ЧАСТЬ 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМАЛЬДЕГИДА. МЕТОД ДИФФУЗИОННОГО ОТБОРА ПРОБ", 2007. *
РД 52.04.824 -2015 "МАССОВАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ ФОРМАЛЬДЕГИДА В ПРОБАХ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ ФОТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ С ФЕНИЛГИДРАЗИНОМ", 2015. ТРЕТЬЯКОВ В.Ф., ТАЛЫШИНСКИЙ Р.М., ИЛОЛОВ А.М., ГОЛУБЕВА И.А., КОВАЛЕВА Н.И., ФРАНЦУЗОВА Н.А., ЯКИМОВА М.С. "МЕТОДЫ АНАЛИЗА ФОРМАЛЬДЕГИДА", ВЕСТНИК МИТХТ, Т.3, N6, 2008. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hassell et al. Process analytical chemistry for spectroscopists
Valcárcel et al. Vanguard-rearguard analytical strategies
US8545773B2 (en) Versatile multichannel capillary biosensor system
Schindler et al. A rapid automated method for wine analysis based upon sequential injection (SI)-FTIR spectrometry
CN113219025A (en) Method for quantitatively detecting potassium bromate
CN115308319A (en) Quantitative method for non-targeted screening of perfluoro and polyfluoroalkyl compounds
Wei et al. The application of the chromatomembrane cell for the absorptive sampling of nitrogen dioxide followed by continuous determination of nitrite using a micro-flow injection system
RU2786344C1 (en) Automated method for the determination of formaldehyde
JP2002116145A (en) Method and apparatus for measuring concentration of solution
Frenzel Potential of modified reverse flow injection analysis for continuous monitoring and process control
Komazaki et al. Automated measurement system for H2O2 in the atmosphere by diffusion scrubber sampling and HPLC analysis of Ti (IV)–PAR–H2O2 complex
Sekerka et al. Simultaneous determination of sodium, potassium, and ammonium ions by automated direct potentiometry
CN108508129B (en) Method for measuring biological potency of heparin drugs
CN110779906A (en) Quantitative analysis method for trace substance based on enhanced Raman scattering relative intensity external standard method
Haishima et al. Estimation of uncertainty in kinetic-colorimetric assay of bacterial endotoxins
CN110698390B (en) Fluorescent probe for identifying bisulfite and preparation method and detection method thereof
Wang et al. Rapid method for the determination of the stable oxygen isotope ratio of water in alcoholic beverages
CN112067562A (en) Calibration product for fructosamine detection and detection kit using same
Nørgaard et al. Spectrophotometric determination of mixtures of 2-, 3-, and 4-hydroxybenzaldehydes by flow injection analysis and uv/vis photodiode-array detection
EP1460135A1 (en) Acetylcholinesterase method to detect organophosphorate and carbamate insecticides in water, foods and beverages
Jókai et al. Evaluation of the uncertainty statement in the case of mercury speciation analysis
CN113281289B (en) Ratio sensing detection method for activity of CeO2 mimic organophosphorus hydrolase and oxidase
Tunick Data analysis techniques
Guo et al. Continuous monitoring of sulfur dioxide with a gas permeation denuder-based system
Cammann Sources of systematic errors in chemical sensor chemometrics