Способы отбора проб воздуха для химического анализа

Способы отбора проб воздуха для химического анализа

Изменение количественных соотношений нормальных составных частей воздуха или загрязнение его вредными химическими веществами может оказать неблагоприятное влияние на состояние здоровья человека. Поэтому контроль за химическим состоянием воздуха имеет важное гигиеническое значение.

При исследовании химических параметров воздуха используются два основных метода отбора воздуха: аспирационный и одномоментный.

Аспирационный метод применяется в тех случаях, когда определяемое вещество содержится в воздухе в малых количествах и для его определения требуется исследование большого объема воздуха.

Одномоментный метод используется при исследовании небольших объемов воздуха.

В основе аспирационного метода лежит пропускание исследуемого воздуха через поглотительные субстраты, которые способны определяемое химическое вещество или накапливать в себе, или растворять, или быстро вступать с ним в реакцию.

Поглотительные субстраты по консистенции могут быть жидкими или твердыми (активированные силикагель или уголь, вата хлопчатобумажная или минеральная, бумажные или из синтетической ткани фильтры).

Аспирационный метод позволяет накопить в поглотительном субстрате определяемое вещество в количестве поддающемся учету.

Отбор проб воздуха аспирационным методом осуществляется при помощи аспиратора (водяного, электрического или реометра) и поглотительных приборов, в которых содержится поглотительный субстрат.

При применении одномоментного метода исследуемый воздух отбирается способом выливания, обмена или вакуумным способом.

Для определения углекислого газа применяется метод Реберга.

Этот метод основан на поглощении углекислого газа раствором гидроокиси бария с последующим оттитровыванием избытка последней хлористоводородной кислотой. Для анализа берут 4 мл 0,02н раствора гидроокиси бария и избыток его оттитровывают 0,02н раствором HCL.

Углекислый газ является косвенным показателем чистоты воздуха.

Воздух считается чистым, если углекислый газ содержится в нем в количестве, не превышающим 0,1%.

Поступление в воздух окиси углерода связано со сжиганием того или иного вида топлива.

Окись углерода (СО) может вызывать острые и хронические отравления.

Предельно допустимая концентрация СО в воздухе производственных помещений – 20 мг на кубический метр.

Стандартный метод определения окиси углерода в воздухе основан на окислении смеси углерода йодноватым ангидридом при температуре 140 – 150 градусов по Цельсию до углекислого газа. Образовавшийся углекислый газ поглощают гидроокисью бария, а избыток гидроокиси бария, не вошедший в реакцию с углекислым газом оттитровывают хлористоводородной кислотой.

Аммиак действует раздражающе на слизистые оболочки глаз, верхних дыхательных путей и может вызывать острые или хронические отравления.

Предельно допустимая концентрация аммиака в воздухе производственных помещений – 20 мг на кубический метр.

Метод определения аммиака в воздухе основан на получении желто – бурой окраски раствора, содержащего аммиак, при прибавлении к нему раствора Несслера.

Отбор проб воздуха осуществляется путем пропускания исследуемого воздуха со скоростью 1 л/мин через два последовательно соединенных поглотительных прибора, содержащих по 10 мл 0,01н раствора серной кислоты.

Учет количества аммиака осуществляется колориметрическим методом.

Определять присутствие аммиака в воздухе можно и линейно – колориметрическим методом.

Для этого воздух, содержащий пары аммиака, пропускают через индикаторную трубку с фарфоровым порошком, обработанным раствором бромфенолового синего.

В результате на индикаторе образуется серо – синий слой, длина которого пропорциональна концентрации аммиака в воздухе.

Пары йода вызывают раздражение слизистых оболочек, оказывают вредное действие на нервную систему и кровь.

Предельно допустимая концентрация йода в воздухе производственных помещений – 1 мг на кубический метр.

Объемный метод является одним из методов определения йода в воздухе.

В основе этого метода лежит поглощение йода раствором йодида калия с последующим титрованием тиосульфитом натрия.

Еще один метод определения йода – колориметрический, основан на появлении бурой окраски при растворении йода в органических растворителях: бензоле, хлороформе, четыреххлористом углероде.

Для обнаружения в воздухе некоторых газо- и парообразных токсических веществ используют универсальный газоанализатор. С его помощью можно определить в воздухе присутствие окиси углерода, аммиака, этилового эфира, ацетона, сернистого ангидрида, сероводорода, хлора, окиси азота, бензола, толуола, ксилола, паров бензина.

Принцип действия газоанализатора основан на изменении окраски индикаторного вещества, помещенного в специальную стеклянную трубку, при пропускании через нее исследуемого воздуха.

В отношении каждого химического загрязнителя применяется конкретный индикатор. Концентрация токсического вещества при этом прямо пропорциональна высоте столбика окрашенного индикатора.

При подозрении на загрязнение воздуха одновременно несколькими токсическими загрязнителями может быть применен один из ускоренных метод – газовая хроматография.

Отрицательное влияние на самочувствие и здоровье человека оказывает пыль, загрязняющая воздух.

Это влияние зависит от количества пыли в воздухе, степени дисперсности пыли, ее химического состава, растворимости в жидкостях организма, от формы пылинок и пр.

Пыль многих веществ вызывает раздражение кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей и глаз.

Весовой метод является основным методом определения количества пыли.

При определении запыленности воздуха определенный объем воздуха пропускается через фильтрующий материал (стеклянную или хлопчатобумажную вату, фильтровальную бумагу, синтетическую ткань). Масса фильтра в результате осаждения на него пыли увеличивается. О количестве пыли судят по разности массы фильтра до и после отбора пробы воздуха.

Концентрация пыли выражается в мг на кубический метр воздуха.

Кроме количества пыли в воздухе важное значение имеет ее дисперстность.

Чем меньше частицы пыли, тем дольше они могут находится в воздухе и тем легче и глубже они проникают в органы дыхания.

Большую опасность для организма человека представляют частицы диаметром менее 10 мкм.

Для определения дисперсности пыли необходимы пылевой аппарат, микроскоп и два микрометра – окулярный и объективный.

В качестве пылевого аппарата может быть использован фотоэлектрический счетчик аэрозольных частиц. С его помощью можно определять не только количество пылевых частиц в одном литре воздуха, но и определить степень дисперсности пыли.

Препарат для определения дисперсности пыли готовят путем осаждения исследуемой воздушной пыли на покровное или предметное стекло, покрытое тонким слоем глицерина, вазелина, канадского бальзама или какого – либо другого липкого вещества.

При пропускании воздуха через пылевой аппарат пылинки фиксируются на поверхности стекла. Полученный пылевой препарат рассматривают при помощи микроскопа, используя при этом иммерсионный объектив.

При помощи микроскопа определяют не только размеры пылинок, но и их форму. Пылинки с острыми краями сильнее, чем пылинки с ровными краями, травмируют слизистые оболочки.

Источник

МЕТОДЫ ОТБОРА ПРОБ ВОЗДУХА

Существует 2 группы методов отбора проб воздуха:

1) Аспирационные способы отбора проб.

2) Отбор проб в газовые пипетки, сосуды.

1. Аспирационные способы отбора проб воздуха.

Аспирационные методы основаны на протягивании определенного объема воздуха через поглотительную среду (раствор или твердый сорбент) или через специальные фильтры. Вещества, находящиеся в воздухе в газообразном состоянии или в виде паров, поглощаются раствором, быстро реагирующим или растворяющим данный газ, или твердым веществом, обладающим способностью адсорбции. К жидким поглотительным средам относятся дистиллированная вода, органиче­ские растворители, специальные поглотительные растворы, которыми заполняют поглотительные приборы.

К твердым поглотительным средам относятся зерненые сорбенты: силикагель (мелкозернистый, крупнозернистый, гранулированный, кусковой), активиро­ванные угли и др. Для сорбции токсических веществ твердые сорбенты помещают в поглотительные приборы или специальные трубки.

Для поглощения аэрозолей из воздуха используют фильтры из тонких волокон (аналитические фильтры аэрозольные — АФА). Фильтры АФА обладают высокой задерживающей способностью и практически полностью задерживают аэрозоли. Данные фильтры обладают небольшим собственным весом, негигроскопичны, стойки к химическим агрессивным средам, растворимы в ацетоне, дихлорэтане. Пары и газообразные примеси фильтр АФА не задерживает. Применение того или иного способа поглощения, также как и условия отбора (объем воздуха, скорость движения и т.д.) определяются разработанными методами исследования для каждого вещества отдельно. Для протягивания воздуха через поглотительный раствор или фильтры обычно применяют водяные аспираторы, пылесосы, электораспираторы, водоструйные насосы и т.д.

Простейшим прибором для отбора проб воздуха является водяной аспиратор, работающий по принципу сообщающихся сосудов. Объем вытекаемой воды соответствует количеству воздуха, протянутого через поглотительный прибор. Скорость протягивания воздуха, которую дает бутылочный аспиратор, составляет 1,5-2 л/мин. Для отбора проб воздуха широко применяют электроаспираторы.

Они снабжены несколькими реометрами для определения скорости просасывания воздуха. С помощью электроаспираторов можно отобрать одновременно несколь­ко проб со скоростью от 0,1 до 1 л/мин и 10-20 л/мин;

Для отбора проб в качестве аспираторов могут использоваться пылесосы и водоструйные насосы. В этом случае для определения объема пропущенного воздуха через поглотительную, среду или фильтр необходимо использовать реометры, ротаметры.

При отсутствии источника электричества или его нельзя применять по условиям взрывоопасности, например, в шахтах, ряде химических предприятий, ипользуют эжекторный аспиратор «АЭРА». Данный аспиратор имеет баллон со сжатым воздухом; как и электрический аспиратор, рассчитан на одновременный отбор 4-х проб воздуха со скоростью 0,1 -20 л /мин.

Время фиксируется автоматически секундомером при включении и выключении прибора.

Таким образом, система для отбора проб воздуха аспирационным методом должна состоять из: поглотительного прибора с поглотительной средой или патрона с фильтром, аспиратора и реометра (ротаметра) (в том случае, когда пользуются пылесосом или водоструйным насосом).

ОТБОР ПРОБ ВОЗДУХА В СОСУДЫ.

Отбор проб этим методом производят в случае высокой концентрации в воздухе определяемого вещества или в том случае, когда метод определения его настолько чувствителен, что для анализа нет необходимости отбирать большие количества воздуха.

Заполнение сосудов исследуемым воздухом может быть произведено несколькими способами:

а) Отбор проб воздуха в бутылки.

Сосуды (бутыль или газовую пипетку) наполняют жидкостью, не реагирующей с определяемым веществом и нерастворяющей его (вода, насыщенный раствор хло­ристого натрия или др. растворы). Эту жидкость выливают в месте отбора проб. После этого бутыль плотно закрывают пробкой; в газовых пипетках концы трубок зажимают зажимами.

б) Отбор проб обменным способом.

Бутыль или газовую пипетку присоединяют к аспиратору или мехам и протяги­вают через сосуд десятикратный объем воздуха. Чтобы определяемое вещество не оседало на стенках, воздух протягивают со скоростью не менее 2 л/мин. После отбора проб сосуд разъединяют с аспиратором, зажимают резиновые трубки или закрывают краны.

в) Оюор проб воздуха вакуумным способом.

Отбор проб воздуха этим способом производится в бутылки емкостью 1-2 л или в газовые пипетки. Удаление воздуха из сосуда проводится вакуумным насосом (насос Комовского), степень разряжения воздуха определяют открытым ртутным манометром или вакуумометром. Чтобы отобрать пробу воздуха вынимают стеклянную палочку и постепенно открывают зажим. В следствии разности давления исследуемый воздух поступает в сосуд. После отбора пробы трубку зажимают.

г) Отбор воздуха в резиновые камеры.

Для отбора проб воздуха обычно применяют камеры футбольных мячей. Отбор этим способом можно производить лишь в том случае, если определеямое вещество не реагирует с резиной. В камеру накачивается воздух насосом. Выдыхаемый воздух собирается в мешки Дугласа. При расчетах результатов анализа объем протянутого воздуха или взятого для анализа необходимо приводить к стандартным условиям, так как отбор проб воздуха проводится при различных температурах и давлении, а по законам Бойля-Мариотта и Гей-Люссака объем воздуха прямо пропорционален температуре и обратно пропорционален давлению.

При исследовании воздушной среды в проиводственных условиях объем аспирированного воздуха в пробе (V_t) приводится к стандартным условиям (температуре воздуха 20 С и барометрическому давлению 760 мм.рт.ст.) по формуле:

При исследовании атмосферного воздуха объем аспирированного воздуха в пробе (Vo) приводится к стандартным (нормальным) условиям (температуре 0 о С и барометрическому давлению 760 мм.рт.ст.) по формуле:

где в обоих приведенных выше формулах:

V_t — объем протянутого воздуха в пробе, дм 3 ;

В — атмосферное давление, мм.рт.ст.;

t — температура воздуха при отборе воздуха, о С;

V₂₀ и Vо — объемы воздуха, приведенные к стандартным (нормальным) условиям, дм 3 .

Для упрощения расчетов пользуются коэффициентами К, приведенными в таб­лицах 22 и 23, тогда V₂₀(Vo) = Vt х К.

Таблица 22. Коэффициенты пересчета для приведения объема воздуха к нормальным условиям (для атмосферного воздуха)

Температура ОС	Давление, мм.рт.ст.
0,96	0,96	0,97	0,98	0,98	0,99	1,0	1,0	1,1	1,1	1,2
0,94	0,95	0,96	0,96	0,97	0,98	0,99	0,99	0,99	1,00	1,00
0,93	0,93	0,94	0,95	0,95	0,96	0,96	0,97	0,98	0,98	0,99
0,91	0,92	0,92	0,93	0,94	0,94	0,96	0,96	0,96	0,97	0,97
0,89	0,90	0,91	0,91	0,92	0,94	0,93	0,94	0,94	0,95	0,96
0,88	0,89	0,89	0,90	0,90	0,93	0,92	0,93	0,93	0,94	0,94
0,87	0,87	0,88	0,88	0,89	0,90	0,90	0,91	0,91	0,92	0,92
0,85	0,86	0,86	0,87	0,87	0,88	0,89	0,89	0,90	0,90	0,91
0,84	0,84	0,85	0,85	0,86	0,87	0,87	0,88	0,88	0,89	0,89

Таблица 23. Коэффициент К для приведения объема воздуха в производственных помещениях к стандартным условиям

Источник