Диссертация (1148248), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Приготовление вспомогательного раствора фенола с концентрацией100 мкг/л.В колбу объёмом 500 мл отбирают 5 мл раствора, приготовленного по п. 2,доводят до метки свежеперегнанной бидистиллированной водой и тщательноперемешивают. Раствор устойчив в течение 8 часов.4.
Приготовление градуировочных растворов фенола с концентрациями 5,10, 20, 30, 40 и 50 мкг/л.В колбу объёмом 100 мл для приготовления градуировочного раствора сконцентрацией 5, 10, 20, 30, 40 и 50 мкг/л отбирают соответственно 5, 10, 20, 30,40 и 50 мл раствора, приготовленного по п. 3, доводят до метки свежеперегнаннойбидистиллированной водой и тщательно перемешивают. Раствор устойчив втечение 8 часов.3.2.2 Определение фенола в воздухе с поглощением в непрерывном режимеБолее предпочтительным вариантом с точки зрения автоматизации анализаи простоты исполнения является непрерывный вариант хроматомембраннойжидкостной экстракции. Поликапиллярные массообменные блоки как нельзялучше подходят для его реализации.
Единственным недостатком непрерывноговарианта по сравнению с дискретным являются более высокие пределыобнаружения, что связано с ограничениями для соотношения расходов фаз.80Дляосуществлениянепрерывноговариантахроматомембраннойжидкостной абсорбции фенола из воздуха использовалась собранная ранее посхеме, представленной на рис. 17, установка.Эксперимент осуществлялся следующим образом: потоки жидкой и газовойфазы с помощью перистальтических насосов Н1 и Н2 соответственно подавалисьв хроматомембранную ячейку (1). По газовой линии через ячейку пропускаласьлибо генерированную газовую смесь с определённым содержанием фенола (2),либо анализируемый воздух (3).
После прохождения через ХМЯ поток газовойфазы подавался либо в мыльно-плёночный расходомер (4), либо в ловушку (5),заполненную 10 мл бидистиллированной воды. Поток жидкой фазы после ХМЯнаправлялся в кювету флуориметра (6) или на сброс (7).Анализ проводился на спектрофлуориметре Horiba Fluoromax-4P сксеноновой лампой. Экспериментально подобранная длина волны испускания(рис. 22), для фенола равная 297 нм, позволила определить оптимальную длинуволны возбуждения, равную 270 нм (рис. 23). Для анализа использоваласькварцевая кювета с сечением в виде квадрата с длиной стороны 10 мм. Дляисключениявозможностипотерифенолаизотбираемойвкюветуспектрофлуориметра пробы за счёт его перехода в газовую фазу отбор потокажидкостипроизводиливзакрытуюкювету.Абсорбцияпроводиласьвполикапиллярные массообменные блоки, использовавшиеся ранее для работы вдискретном режиме.81Рисунок 22.
Спектр флуоресценции фенола.Рисунок 23. Спектр интенсивности флуоресценции фенола для заданного диапазона длин волнвозбуждения.82Вначале была проведена градуировка детектора по серии растворов фенолав воде с концентрациями в диапазоне от 5 до 50 мкг/л. Получившаяся в результатеградуировочнаязависимость(рис. 24),построеннаявкоординатах«аналитический сигнал A (усл. ед.) – концентрация C (мкг/м)» близка к линейной.Уравнение соответствующей ей прямой: = 1865 ∙ + 116070, при 2 = 0,9985.220000200000A, усл. ед18000016000014000012000001020304050C, мкг/лРисунок 24. Зависимость величины аналитического сигнала флуориметрического детектора отконцентрации фенола в градуировочном растворе.С целью выбора оптимальных скоростей потоков газа и жидкости былпроведён ряд экспериментов, в которых варьировался один из этих параметровпри сохранении прочих постоянными.
В качестве оптимального расхода жидкойфазы был выбран расход, равный 2 мл/мин. При скоростях потока жидкой фазыменьше этого значения пропорционально возрастает время, необходимое дляпроведения одного измерения, хотя и имеется некоторый выигрыш за счётувеличения значения коэффициента концентрирования Кконц:83конц =гж,где ωг – расход газовой фазы, а ωж – расход жидкой фазы черезХМЯ.Увеличение скорости потока жидкой фазы приводит к пропорциональномуснижениюзначениякоэффициентаконцентрированияиневозможностиопределять содержание фенола в воздухе с достаточной чувствительностью.Варьирование скорости потока газовой фазы возможно в достаточношироких пределах.
При этом стоит учитывать тот факт, что при уменьшениирасхода газа снижается значение коэффициента концентрирования, а при егоувеличении, соответственно, значение коэффициента концентрирования растёт,что позволяет детектировать содержание фенола в воздухе при более низкихконцентрациях. В то же время мы не можем неограниченно увеличивать скоростьпотока газовой фазы, так как это неизбежно ведёт к увеличению давления газа вХМЯ, и в конечном итоге может привести к таким условиям, когда давление газапревыситдавлениежидкостиихроматомембраннаяячейкаперестанетфункционировать.
Таким образом, в качестве оптимального расхода газовой фазыбыл выбран расход, равный 75 мл/мин., обеспечивающий в сочетании с ранеевыбранным расходом жидкой фазы коэффициент концентрирования Кконц=37,5.При этом максимальный расход газа через хроматомембранную ячейку с даннойгеометрией массообменного блока при описанных выше условиях проведенияанализасоставляет105 мл/мин.иобеспечиваетзначениекоэффициентаконцентрирования Кконц=52,5.Для проверки работоспособности всей схемы анализа был проведён рядизмерений концентрации фенола в модельной газовой смеси. Для этого к рабочейустановке в месте забора воздуха подключали ёмкость с водным растворомфенола.
Воздух, прошедший через эту ёмкость, насыщался фенолом. При этомконцентрация фенола в газовой фазе прямо пропорциональна его концентрации вжидкой фазе при условии постоянства температуры. Зависимость величиныаналитического сигнала и концентрации фенола в модельной газовой смеси отконцентрации его в генерирующем растворе представлена на рис. 25.84С, мкг/лA, усл. ед.2000001,001800000,751600000,501400000,250,00120000010203040506070Сг. р., мг/лРисунок 25. Зависимость величины аналитического сигнала и концентрации фенола в газовойфазе от концентрации его в генерирующем раствореПредставленнаязависимостьлинейна,чтоговоритопрямойпропорциональности величины аналитического сигнала, а, следовательно, иконцентрации фенола в газовой фазе от его концентрации в генерирующемрастворе.Для проверки полноты поглощения фенола в процессе хроматомембраннойжидкостной абсорбции на выходе газа из ячейки был установлен барботёрловушка, заполненный 5 мл свежеперегнанной бидистиллированной воды.
Дляоценкивеличинынеполнотыпоглощениябылипроведеныизмеренияконцентрации фенола в ловушке через 50, 100 и 150 минут абсорбции. При этомсодержание фенола в газовой фазе было равно 0,3 мкг/л, а скорость потокагазовой фазы – 75 мл/мин. Результаты определения содержания фенола в ловушкедля данных времён абсорбции приведены в таблице 9. Они свидетельствуют опрактически полном поглощении фенола в ХМЯ при хроматомембраннойжидкостной абсорбции в поликапиллярном массообменном блоке.85Таблица 9. Результаты определения неполноты поглощения фенола в ХМЯ.Времяпоглощения,Количествопропущенногоминчерез системуКоличество фенола,поглощённого вфенола, мкгбарботёре, мкгДоля от общегоколичествапропущенногофенола, %501,1250,02221002,2500,03921503,3750,0692Проверку правильности определения концентрации фенола в генерируемойгазовой смеси проводили с использованием хроматографического методаопределения содержания фенола в воздухе.
Для этого через барботёр,содержащий 10 мл свежеперегнанной бидистиллированной воды, продувалигазовую смесь, полученную с применением раствора фенола концентрацией9,9 мг/л, в течение 10 мин. То же самое было проделано для газовой смеси,полученной с применением раствора с концентрацией фенола 38,5 мг/л.Температура, при которой проводилась абсорбция, была равна 23 °С. Далеераствор из барботёра был проанализирован методом жидкостной хроматографии сфлуориметрическимдетектированиемнахроматографеShimadzuLC-20Prominence. На рис.
26 представлен пример хроматограммы, полученной прианализе раствора фенола на колонке Supelco Discovery C18, 250мм*4,6мм,диаметр частиц 5мкм. Элюент: (0,1% р-р уксусной кислоты в воде)/(метанол) =50/50, изократический режим элюирования, расход элюента – 0,5 мл/мин.,температура 35 °С. Длина волны возбуждения детектора - 270 нм, длина волныиспускания – 310 нм.86Detector Ex:270nm, Em:310nmФенол3,53,0Intensity, mV2,52,01,51,00,50,04681012R.Time, minРисунок 26.
Пример хроматограммы при анализе раствора фенола в воде методом жидкостнойхроматографии с классическим поглощением в барботёре.В таблице 10 приведено сравнение значений концентраций фенола в газовойфазе, полученных с применением хроматомембранной жидкостной абсорбции и спомощью хроматографического определения после поглощения в барботёре.Таблица 10. Результаты сравнения определения содержания фенола в газовой фазе схроматомембранной жидкостной абсорбцией и при хроматографическом определением споглощением в барботёре.Концентрация фенола вгенерирующемрастворе, мг/л9,938,5Концентрация фенолав газовой фазе,ХМЖА, мкг/л0,13±0,030,52±0,07Концентрация фенола вгазовой фазе,барботирование, мкг/л0,14±0,030,55±0,06Эти данные свидетельствуют о правильности определения концентрациифенола в газовой фазе при использовании поликапиллярных массообменныхблоков для осуществления хроматомембранной жидкостной абсорбции. Также87можно оценить величину коэффициента распределения фенола в системе водавоздух при данной температуре: =жг≈ 7,5 ∙ 104 .С целью определения минимального времени, необходимого системе дляполучения значимого результата после изменения концентрации фенола в газовойфазе, был проведён следующий эксперимент: после установления равновесия вХМЯ менялась концентрация фенола в генерирующей ёмкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
