Аналіз вихлопних газів автомобілів на вміст оксидів нітрогену та сульфур (ІV) оксиду

SO2 + Na2[HgCl4] + H2O = Na2[HgCl2 SO3] + 2HCl                            1.6

Фотометричний метод визначення SO2

Він заснований на поглинанні SO2 розчином КIO3 з утворенням забарвленого розчину трийодид - йонів в результаті окислювально-відновної реакції з йодом і йодидом калію.

Хімізм:

SO2 + КIO3  KSO3 + I2 + H2O                                                      1.7

Переваги: визначають велику частину хімічних елементів при вмісті від 10-4-10-9% до декількох десятків %. Відносна похибка 2–3%, висока чутливість 1мкг, селективність, використовувані прилади різноманітні і доступні (КФК; ФЕУ).

Хроматографічний метод визначення SO2

з використанням рентгеноабсорбційного детектора Ренад

Характерною особливістю детектора Ренад є можливість проведення аналізу з використанням розрахункових градуйованих графіків. Аналітична вічка Ренад уявляє собою скляну трубку, крізь яку проходить потік досліджуваного газу, що вимивається з дозатора газом-носієм та розділеного в хроматографічній колонці. Вздовж каналу трубки пропускається потік рентгенівського випромінювання. Миттєве значення інтенсивності пучка, що пройшов через вічку, є функцією вмісту сульфур (IV) оксиду у вічці на даний момент часу. [24, c.209]

Переваги: можливість визначення і розділення як великих так і малих кількостей суміші, можливість розділення речовин дуже близьких по властивості і структурі, межа виявлення речовин
10-3-10-6%, похибка 0,2-2%, інтервал визначення в газовій хроматографії
10-2  -10-3%, відтворюваність 0,1.

Полярографічний метод визначення SO2

Він заснований на відновленні SO2  до сульфоксилової кислоти Н2SO2  на краплинному ртутному електроді при потенціалі півхвилі - 0,50В. Метод менш чутливий, але забезпечує більший діапазон вимірювань.

Переваги: можна визначати близько 80 елементів, які можна окисляти і відновлювати, дуже висока точність і чутливість, сучасні методи дозволяють визначити концентрацію 10-6-10-9моль/дм3, простота установки і проведення аналізу, можна визначати декілька елементів з однієї проби. [14, с. 193]

Визначення SO2 «електрохімічним датчиком»

Він заснований на здатності проби повітря з SO2 проходити через селективну мембрану і стикатися з вимірювальним електродом, покритим  електролітом, що реагує на присутність SO2 в пробі. В результаті цієї реакції виникає струм, пропорційний концентрації SO2.

Переваги: невисока ціна і простота устаткування, діапазон вимірювань 0,01-10моль/дм3.

Визначення проводять за допомогою самописців тих, що працюють за принципом « електрохімічних датчиків».[14, с. 196]

Турбідиметричний метод визначення SO2

Він заснований на окисленні сірчистого газу в процесі його уловлювання з повітря розчином хлорату калію або пероксиду гідрогену з наступним турбідиметричним визначенням  сульфат-йона, що утворюється із хлоридом барію за хімізмом 1.1 і 1.2.

Переваги: можливість аналізувати каламутні і забарвлені розчини, нескладна і доступна апаратура.

1.1.2 Літературний огляд методів визначення нітроген оксидів в повітрі

Нітрогену оксиди можна визначати в повітрі різними хімічними, фізико-хімічними методами аналізу після поглинання їх у рідке середовище або за допомогою сучасних газоаналізаторів.

Газовий аналіз призначений для якісного та кількісного визначення вмісту газу. Газовий аналіз використовують для визначення відокремлених їх компонентів після розділення. Цей метод позволяє визначити органічні та неорганічні, агресивні та інертні речовини. Вони відрізняються експресністю, великою точністю аналізу, низькою абсолютною (-) та відносною межею виявлення. Газовий аналіз проводять за допомогою спеціальних приладів - газоаналізаторів, в основу яких покладені об’ємні та манометричні методи. Існують установки для автоматичного та непереривного аналізу. Газовий аналіз використовується для визначення вмісту атмосфери, контролю за технологічними процесами та якістю газоутворюючих продуктів.

Титриметричне визначення N2O4

Поглинання  концентрованою сульфатною кислотою

Хімізм:

2NO2 + H2SO4 = HNOSO4 + HNO3[20, с. 173]                              1.8

Реакція з розчином перманганату:

5HNOSO4 + 2H2O + 2MnO-4 = 5HSO4 -+ 5NO-3 + 2Mn2+ + 4H+                        1.9

Перманганатометричний метод аналізу має ряд переваг: початкові стандартні розчини перманганату забарвлені в малиново-червоний колір, що допомагає побачити кінцеву точку титрування; титрування здійснюється в кислому або лужному середовищах; перманганат відрізняється високим окисно - відновним потенціалом (ЕºMnО4-/Mn2+  = +1,52В), є дешевим і легко доступним реагентом. [10, с. 257]

Газометричні методи визначення NO

Реакція окислення NO повітрям

Газометричні методи аналізу дозволяють із відносною точністю визначити в даному зразку кількісний вміст нітроген (II) оксиду, точність залежить від концентрації окисника, середовища протікання окисного процесу. [2, с. 19]

Хімізм:

2NO + O2  N2O4[10, с. 346]                               1.10

Газометричний метод  визначення N2O4

Реакція з розчином натрію гідроксиду

Хімізм:

N2O4 + 2OH-   NO-2 + NO-3 + H2O                              1.11

Метод має ряд недоліків: проходить дуже повільно та не має можливостей визначення малих кількостей.

Газометричні методи  аналізу зумовлені реакцією самоокислення – самовідновлення за рахунок з’єднання одноімених молекул, широко використовуються в хімічному аналізі .

Хемілюмінесцентний метод визначення NO

Визначення NO засновано на вимірюванні інтенсивності люмінесценції речовини, збудженої завдяки хімічній реакції компоненту, що контролюється, з реагентом у газоподібній фазі. 

Хемілюмінесцентний метод аналізу дозволяє працювати з високою вибірковістю, метод має діапазон вимірюваних концентрацій 10-7-1%, випромінювання - біля 10-10с., чутливість дуже велика 10-6-10-8г/дм3.
[21, с. 457]

Хімізм:

NO + O3 NO2* + O2                                       1.12

NO2* NO2 + hν                              1.13

Де: h - частота випромінювання

ν - постійна Планка.

Інфрачервоний метод визначення NO

Метод  засновано на вибірковому поглинанні молекулами газів та пару ІЧ – випромінювання досліджуваної речовини у діапазоні 1 – 15мкм. Це випромінювання поглинають усі гази , молекули яких складаються не менш як з двох різних атомів.

Інфрачервоний метод аналізу дозволяє поглинати різні гази з високою вибірковістю, метод має діапазон вимірюваних концентрацій 10-3 – 100%, універсальність, характеристичну (від 1500см-1 до декількох сотеньсм-1), вибірковість, велику чутливість.[21, с. 284]

Ультрафіолетовий метод визначення NO

Визначення NO засновано на вибірковому поглинанні молекулами газів та парів випромінювання у діапазоні 200-450нм. Вибірковість визначення одноатомних газів велика. Двох- та багатоатомні гази мають в УФ-області суцільний спектр поглинання, що знижує вибірковість їх визначення.

Ультрафіолетовий метод аналізу  дозволяє поглинати гази зі значно більшою точністю 10-6 – 10-7моль/дм3, похибкою 1 – 3%, діапазоном визначення концентрацій 10-2-100%, досліджувати спектри випускання та спектри поглинання речовин. [21, с. 340]

Фотоколориметричний метод визначення NO

Метод засновано на вимірюванні інтенсивності забарвлення продуктів вибіркової реакції між визначуваним компонентом та спеціально підібраним реагентом. Рожеве забарвлення вказує на присутність нітрит-йону. [7, c. 65]

Хімізм:

HSO3C6H4NH2 + HNO2 + CH3COOH HSO3C6H4N≡N + H2O                    1.14

Фотоколориметричний метод аналізу дає змогу знімати середньодобові чи середньо змінні концентрації, має високу вибірковість, діапазон визначення концентрацій становить 10-5 - 1%, використовують як газосигналізатор, широко застосовуються переносні прилади періодичної дії, має достатньо високу потужність, достатню стійкість забарвлення в часі (не менше 10-15 хв.), велике значення величини молярного коефіцієнта поглинання ﻉ. [21, с. 539]

Поглинання NO розчином солі феруму (II)

Кислий розчин солі феруму (II) поглинає нітроген (II) оксид з утворенням комплексу Fe(NO)2+.

Хімізм:

NO + Fe2+ = Fe (NO)2+                                      1.15

Колориметричний метод аналізу оснований на переведенні досліджуваного компоненту до забарвленого стану та визначенню концентрації забарвленого з’єднання за інтенсивністю або відтінком забарвлення. [2, с. 449]

Колориметричний метод визначення має ряд переваг – значно більша точність 10-6–10-7моль/дм3, похибка 1–3%, діапазон визначення концентрацій становить 10-2-100%, досліджуються спектри випускання та спектри поглинання речовин. [2, с. 459]

Експрес-визначення концентрації NO2 індикаторними трубками

Індикаторні трубки  призначені для визначення в повітрі різних домішок, в основному токсичних - СО, SO,оксидів нітрогену, Cl, етанолу та інші. Уявляють собою герметичні прозорі (як правило скляні) трубки діаметром 4 або 7мм, довжиною 100мм і більш, з наповнювачем (дроблений силікагель, скляна або фарфорова крихта та інше), звичайно оброблені розчинами хімічних реагентів. Якщо реагенти взаємодіють одне з одним, їх розчини запаюють у різні ампули, які розбивають при використанні. Для зв’язку речовин, що заважають визначенню, використовують хімічні поглиначі, які поміщають у індикаторні трубки або у спеціальні фільтрувальні приставки до них.

При проведенні аналізу трубку скривають та за допомогою спеціальних установок пропускають крізь неї визначений об’єм досліджуваного повітря. Концентрацію контролюючих домішок визначають по довжині та інтенсивності забарвлення шару наповнювача, що прореагував.

Метод засновано на вибірковому вловлюванні нітроген (IV) оксиду розчином йодиду калію.

Хімізм :

2KI + 2NO2 = I2 + 2KNO2  [16, с. 259]                             1.16

Експрес аналіз має ряд переваг - швидкість проведення аналізу, отримання результатів безпосередньо на місці відбору проб повітря, простота методу та апаратури, що дозволяє виконувати аналіз особам, що не мають спеціальної фахової підготовки, маленька маса установки, комплектність та низька коштовність апаратури, достатня чутливість та точність аналізу, не вимагає налагодження перед вимірюванням, не потрібні джерела електричної або теплової енергії.

Недоліки: невелика точність, похибка складає 20-30%.

Визначення нітроген оксидів за допомогою газоаналізатора універсального переносного УГ-2

Газоаналізатор універсальний УГ-2 призначений для вимірювання концентрацій шкідливих газів і пари в повітрі робочої зони виробничих приміщень. Принцип роботи газоаналізатора заснований на зміні забарвлення шару індикаторного порошку в індикаторній трубці після пропускання через неї повітрозаборним пристроєм досліджуваного повітря робочої зони. Довжина забарвленого шару індикаторного порошку в трубці пропорційна концентрації аналізованого газу в повітрі, її вимірюють за шкалою, градуйованою в міліграм-еквівалентах.

Комплект індикаторних засобів /КІЗ/ на нітроген оксиди призначений для вимірювання концентрації нітроген оксиду і діоксиду і їх суми в повітрі робочої зони газоаналізатором УГ-2 в межах від 2,5 до 50 міліграм-еквівалента. Індикаторний порошок складається з активного силікагелю марки КСКГ, просоченого індикаторним розчином, який готують з використанням етанолу, оцтової кислоти, о-діанизідіну і води. Індикаторний порошок білого кольору, після дії оксидів нітрогену забарвлюється в червоний колір.

Визначення нітроген оксидів методом оптико-акустичної спектрометрії

Метод оптико-акустичної спектрометрії заснований на оптико-акустичному ефекті, що полягає у виникненні акустичних коливань в зразку при опромінюванні його модульованим на звуковій частоті або імпульсним випромінюванням (УФ, видимим, ІЧ). Цей ефект виникає за рахунок перетворення частини  поглиненої  енергії  в теплову, що приводить до появи в зразку акустичних коливань, які реєструються мікрофоном. Більшість забруднювачів повітря, включаючи NO, NO, CO, SO, NH, CH  та інші, можуть бути виявлені за допомогою оптико-акустичного методу.

1.2 Вибір методу та його обґрунтування

Гравіметричний метод визначення SO2

Недоліки: трудомісткість, тривалий час проведення аналізу, неможливість використання методу для аналізу речовин з концентрацією речовини нижче 0,1%. [23, с. 997]

Титриметричні методи визначення SO2

Недоліки: невелика точність при візуальній індикації точки титрування, інтервал переходу кольору індикатора не завжди співпадає з крапкою еквівалентності (індикаторна похибка).

Йодометричний метод визначення SO2

Недоліки: втрати йоду з причин його летючості, окислення I- йонів киснем повітря, адсорбція елементного йоду, зміна титру стандартних розчинів йоду в процесі їх збереження та використання, відносно повільна реакція окислення.

Йодометрично – колориметричний метод визначення SO2

Недоліки: чутливість до великих кількостей NO2. [14, с. 186]

              Меркурометричний метод визначення SO2             

Недоліки: погрішність - 15–21%.

Фотометричний метод визначення SO2

Недоліки: інтервал визначення 0,1-0,3мкг/см3 .

Хроматографічний метод визначення SO2

Недоліки: періодичність аналізу.

Полярографічний метод визначення SO2

Недоліки: робота з ртуттю, що вимагає окремого, добре провітрюваного приміщення, також потрібно суворо дотримувати заходи безпеки при роботі з ртуттю . [14, с. 193]