Отбор и анализ примесей

Большинство методов, применяемых для определения основных газовых компонентов, - абсорбция, ИК - абсорбция и др., могут быть использованы и для определения примесных компонентов с внесением в методы некоторых изменений. Особое место среди методов в которых участвует анализ примесей следовых концентраций (в частности, углеводородов) занимает газовая хроматография.

ИК - абсорбция позволяет получить абсолютное значение объемной концентрации табулированных веществ для конкретного серийного прибора, который может работать в непрерывном режиме. Ниже приведены абсолютные значения отклонений прибора при максимальной его чувствительности:

таблица

При использовании газовой хроматографии отбирают небольшое количество газовой смеси, которое затем проводят анализ примесей. Если отбирать большое число проб через малые промежутки времени, становится возможным найти изменения следовых концентраций. Применение газовой хроматографии в отбор и анализ примесей является сложной проблемой и не может быть описано в упрощенном виде желающие изучить этот вопрос должны обратиться к книгам и специальным монографиям, таким как книга Эттра о применении газовой хроматографии в исследованиях по загрязнениям воздуха.

Наиболее широко распространенными являются методы поглощения, в которых газовый поток проходит через поглотительный раствор (или, в ряде случаев, через слой твердого поглотителя), и отбираемый для анализа объем газа проходит через расходомер, и измеряется им до тех пор, пока масса поглощенного материала не станет достаточной для анализа. Основным недостатком метода является то, что с его помощью можно определить только среднюю концентрацию за временной отбор и анализ примесей.

ИК - абсорбция лишена этого недостатка, а с помощью газовой хроматографии его можно преодолеть - по крайней мере частично - в связи с быстротой отбора небольших количеств газа.

Подробно отбор и анализ примесей рассмотрены в недавних обзорах Кея, и книгах Джекобса, Штерна и Лейта.

Наиболее часто встречающимся в топочных газах загрязнением является сернистый ангидрид, и здесь будут описаны некоторые из наиболее распространенных методов его определения.

При низких концентрациях (около 0,05 млн-1) SО2 может быть поглощен йод-крахмальным раствором в противоточной колонне. Поглощение света в первоначальном и частично обесцвеченном реактиве сравнивается с помощью фотоэлектрической ячейки, соединенной с гальванометром. Концентрация около 5 млн-1, может быть определена калориметрически с использованием солянокислого n-розанилина и формальдегида, которые при взаимодействии с SO2 дают соединение красно-фиолетового цвета.

Был предложен также более сложный метод отбора и анализа примесей, заключающийся в восстановлении сернистого ангидрида, адсорбированного на силикагеле, водородом с последующим образованием молибденового голубого. Были предложены и другие методы, основанные на окислении SO2 до SO3 и последующем определении образующейся серной кислоты, но в настоящее время наиболее широко применяемыми аналитическими методами являются методы EDTA.

Непрерывный отбор и анализ примесей содержания оксида серы (IV) был разработан и широко использует кондуктометрические методы. Аппаратуру для определения SO2 изготовляют многие страны, в том числе США, Япония, ФРГ, Франция, Англия и др. Основная сложность заключается в том, что SO2 - не единственный кислый (или ионный) газ, присутствующий в атмосфере. Его определению мешают оксид азота (IV) и аммиак, приводя к несколько завышенным результатам при кондуктометрическом методе по сравнению с колориметрическими (по Вест - Гаеке) или другими кондуктометричеcкими методами. Кроме того, расхождение между двумя методами зависит от времени года: летом оно больше, чем зимой.

Зейдман описал метод определения оксида серы (VI) в присутствии SO2, однако он представляет значительные затруднения из-за значительно большого содержания SO2 и ее постоянного медленного окисления.

Рекомендуемый отбор и анализ примесей одновременного определения SO2 и SO3 в дымовых газах состоит в том, что SО3 взаимодействует с парами воды и конденсируется в виде серной кислоты при пропускании газовой смеси через охлаждающий змеевик при 60-90 °С, что намного ниже точки росы. Оксид серы (IV) затем поглощается раствором перекиси водорода. Этот метод широко используется и дает воспроизводимые результаты. Постоянный метод определения SO2 и SO3 в потоке был разработан также Наковским, который использовал тот же самый принцип. Непрерывное определение содержания этих примесей может быть основано на измерении электропроводимости.

Сероводород определяют пропусканием газов через влажную полосу бумаги, пропитанной уксуснокислым свинцом. Потемнение полосы может быть измерено и соотнесено с концентрацией сероводорода.

Если в газовом потоке присутствуют одновременно и сероводород, и SO2, необходимо разделить их подходящим аналитическим методом. Такое разделение возможно путем пропускания смеси через колонку, наполненную силикагелем, пропитанным сульфатом серебра (Ag2CO4), или кварцевыми волокнами, смоченными раствором KHSO4 и Ag2SO4, после чего оставшийся сернистый ангидрид поглощается подкисленным разбавленным раствором перекиси водорода.

Сероводород, адсорбированный силикагелем, может быть десорбирован раствором хлорида олова (ZnCl2) и концентрированной соляной кислотой с последующим определением серы в присутствии индикатора молибденового голубого, тогда как SO2 в растворе перекиси водорода лучше всего определять по методу Перссона.

Следы СO2 обычно поглощают щелочным раствором с последующим измерением изменившейся электропроводности. Оксид углерода (II) определяют также путем промывания газа щелочным раствором с последующим окислением СО на катализаторе (нагретая окись меди) и определением полученного оксида(IV).