ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ

ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ — качественное и количественное определение газовых компонентов в газовых, парообразных, жидких и твердых смесях. Г. а. применяется для контроля за ходом технол. процессов в промышленности, для контроля за сан. состоянием окружающей среды (в частности, воздуха производственных и бытовых помещений, герметичных кабин подводных и летательных аппаратов и т. д.), для контроля за составом выдыхаемого и альвеолярного воздуха в различных условиях жизнедеятельности человеческого организма (см. Газообмен). Важное значение имеет Г. а. различных биол, сред (тканей) живого организма — крови, лимфы, мышечной ткани.

Работы М. В. Ломоносова и А. Лавуазье положили начало развитию методов и техники Г. а. С именем И. М. Сеченова связано начало учения о газообмене; в 1859 г. он сконструировал абсорбциометр для анализа газов крови, создавая над ней торичеллиеву пустоту. Этот принцип лежит в основе последующих различных конструктивных модификаций ртутных насосов. Напр., удачное решение представляет собой прибор Ван-Слайка, в конструкции к-рого объединены принципы И. М. Сеченова и Холдейна (J. Haldane) — вытеснение газов крови хим. путем (см. Ван-Слайка методы).

Существующие методы Г. а. можно классифицировать по способу определения содержания отдельных компонентов в сложной смеси; многокомпонентную смесь в процессе анализа либо разделяют на отдельные компоненты с последующим определением количества каждого из них, либо такого разделения не производят и содержание отдельного компонента определяют путем измерения какого-либо параметра всей смеси. В соответствии с этим различают хим., физ.-хим. методы Г. а.

Разделение газовой смеси на отдельные компоненты путем их последовательного поглощения специальным хим. поглотителем осуществляется в объемных и манометрических газоанализаторах (см.).

С помощью этих приборов измеряют либо объем пробы газа (когда определяется парциальное давление компонентов смеси), либо давление (когда определяется объемная концентрация). Определение количества кислорода, поглощенного при дыхании, производится либо путем измерения количества кислорода, поступающего в закрытую систему от внешнего источника, либо по уменьшению объема системы.

Газоанализаторы объемно-манометрического типа позволяют определять при выборе соответствующих хим. поглотителей концентрацию кислорода, углекислого газа, водорода, аммиака и ряда других газов с погрешностью ±0,1—0,2%.

Широкое применение находят газохроматографические и масс-спектрометрические методы Г. а. При хроматографии отдельные компоненты сложной газовой смеси распределяются между двумя фазами, подвижной и неподвижной (см. Хроматография). Подвижной фазой (газом-носителем) чаще всего служат инертные газы, углекислый газ и чистый воздух. Проба анализируемой смеси разделяется в колонке на компоненты, раздельно регистрируемые детектором и самопишущим прибором. По используемой неподвижной (стационарной) фазе различают газо-адсорбционную и газо-жидкостную хроматографию. Газохроматографические методы Г. а. позволяют определить присутствие в смеси практически любого вещества в количестве 10^-12 моля и даже менее с относительной погрешностью ±2,5-10%.

При масс-спектрометрии (см.) получают спектр газовой смеси по массовым числам (отношение массы иона вещества к его электрическому заряду) компонентов. Достоинством масс-спектрометрических методов Г. а. является высокая чувствительность, избирательность, быстрота анализа и малый расход анализируемой смеси. Напр., масс-спектрометр МХ-6202, специально разработанный для изучения физиологии дыхания, одновременно регистрирует в процессе каждого дыхательного цикла изменение концентрации азота, кислорода и углекислого газа. Пределы измерения (об.%) по азоту и кислороду — 0—10, 0—100 соответственно, по углекислому газу — 0 —10. Большие перспективы имеет комбинация хроматографических и масс-спектрометрических методов.

Наряду с методами Г. а., основанными на покомпонентном разделении смеси, используются методы определения концентрации компонента в газовой смеси по какому-либо физ. или физ.-хим. параметру смеси. Напр., теплопроводность водорода превышает теплопроводность кислорода и азота более чем в 7 раз. Поэтому, измеряя теплопроводность смеси воздуха с водородом, можно с большой точностью судить о концентрации последнего в воздухе. Существует много подобных методов Г. а.: термокондуктометрический, термохимический, магнитоэлeктрический, магнитомеханический, поглощения инфракрасного излучения и т. д. (см. табл.).

Наиболее широкое применение из этой группы приборов нашли газоанализаторы поглощения инфракрасного излучения. С их помощью можно контролировать в окружающей среде содержание углекислого газа, окиси углерода, метана и других газообразных веществ с точностью до 2—5%. Молекулы этих газов поглощают инфракрасное излучение только в своих, свойственных им участках спектра, что позволяет вести избирательный анализ сложных газовых смесей.

Промышленный газовый анализ — определение в воздухе промышленных предприятий газов и паров, оказывающих вредное действие на организм. Источником загрязнения производственной воздушной среды являются технол. процессы, связанные с применением или образованием вредных газов. Для их определения используют колориметрические, спектрофотометрические, хроматографические, полярографические, люминесцентные и другие методы. Из химических наиболее широкое применение получили колориметрические методы, основанные на высокочувствительных цветных реакциях (см. Колориметрия). Эти методы особенно эффективны при разделении смесей веществ, находящихся в микроколичествах. Они экономичны, не требуют дорогостоящей аппаратуры, позволяют разделить газы, близкие по своим хим. свойствам. Ввиду того что аппаратура для хроматографии имеет незначительные габариты, эти методы могут быть применены не только в стационарных условиях, но и в экспедиционных исследованиях.

Методами тонкослойной хроматографии можно определять пары к-т (групп С1 — С10) — от муравьиной до пеларгоновой, пары алифатических спиртов (групп С1— С10) — от метилового до децилового.

Методами газовой хроматографии можно определять в воздухе пары таких вредных веществ, как ацетальдегид, акролеин, пропионовый, кротоновый и масляный альдегиды, ацетон, метилэтилкетон, метилизопропилкетон, метилбутилкетон, метиламилкетон и другие альдегиды и кетоны, а также примеси бензола, толуола, ксилолов и прочих ароматических углеводородов.

Эффективно применение полярографического метода для определения микроконцентраций газов в воздухе промышленных предприятий. Полярографический метод позволяет избегать разделения смеси веществ сложными хим. методами, ведущими к значительным ошибкам (см. Полярография). Этим методом можно определять примеси хлористого водорода, цианистого водорода, хлора, озона, бензола, толуола, ксилола, фенола, хлорбензола, паранитротолуола, фурфурола, формальдегида, уксусного альдегида и других газов в атмосфере производственных помещений с точностью до 3 — 5%.

Для определения паров вредных неорганических веществ в воздухе применяют люминесцентный метод (см. Люминесцентный анализ). Для обнаружения паров полициклических ароматических углеводородов в воздухе можно использовать спектрально-люминесцентный анализ, т.к. многие полициклические ароматические углеводороды способны люминесцировать под действием возбуждающего излучения. Тонкая структура спектров этих газов проявляется в замороженных парафиновых растворах (эффект Шпольского). При этом вместо размытых полос в спектрах поглощения и люминесценции наблюдается большое число узких линий — так наз. квазилиний. Метод обладает высокой чувствительностью и позволяет обнаруживать присутствие анализируемых газов в концентрации 10^-9 г/мл. Для химически нестойких газов (озона, окислов азота, сернистого газа и др.) перспективным является хемилюминесцентный метод.

Большое значение для промышленной гигиены имеют методы экспресс-анализа. В основе каждого из них лежит цветная реакция, протекающая в различных средах — в р-рах, на реактивной бумаге или твердом сорбенте (обычно на силикагеле, импрегнированном раствором реагента). Аналитические приемы, используемые в экспрессном анализе газов воздуха, различны. В одних случаях применяют принцип линейной колориметрии на бумаге или в индикаторной трубке, в других — колориметрию по стандартной шкале. Описаны приемы, когда анализируемый воздух пропускают через поглотительную среду до получения стандартной окраски. В этом случае применяют только один эталон, соответствующий определенному, заведомо известному количеству исследуемого вещества.

Весьма оригинальный способ быстрого определения вредных газов в воздухе — применение карандашей-индикаторов, к-рые приготавливают путем смешения реактива с наполнителем и крепителем. Полученной смеси придают форму карандаша. Карандашом на бумаге, дереве и др. наносят линию, к-рая изменяет окраску под действием исследуемого газа. Индикаторные карандаши, как правило, лучше сохраняются, чем реактивная бумага, из-за меньшей поверхности окисления. Однако они не могут полностью заменить другие методы определения вредных газов в воздухе промышленных предприятий гл. обр. потому, что диапазон определяемых с помощью экспрессных методов концентраций ограничен.

Для быстрого определения токсичных газов в атмосфере промышленных помещений выпускаются газоанализаторы и сигнализаторы преимущественно стационарного типа. Большое распространение получили приборы, основанные на фотометрическом измерении концентраций вредных газов воздуха в р-ре или на индикаторной ленте. Эти приборы универсальны и путем подбора характерных цветных реакций могут быть применены для определения многих газов. Для определения окиси углерода можно использовать термохим. газоанализаторы, действие к-рых основано на принципе измерения теплового эффекта реакции каталитического окисления окиси углерода до двуокиси. Для определения паров ртути в воздухе применяют приборы, работа к-рых основана на поглощении резонансной линии ртути (длина волны 253,7 нм). Весьма перспективными являются переносные — так наз. ленточные автоматические газоанализаторы, действие к-рых основано на принципе линейно-колористических измерений.

ТИПЫ ПРОЦЕССОВ, ЛЕЖАЩИХ В ОСНОВЕ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ МЕТОДОВ ГАЗОВОГО АНАЛИЗА

Библиогр. Литвинов Л. Д. и Руденко Б. А. Газовая хроматография в биологии и медицине, М., 1971, библиогр.; Перегуд Е. А. и Гер-нет Е. В. Химический анализ воздуха промышленных предприятий, Л., 1970; Перегуд Е. А., Б ы х о в с к а я М. С. и Гернет Е. В. Быстрые методы определения вредных веществ в воздухе, М., 1970; Яворовская С. Ф. Газовая хроматография — метод определения вредных веществ в воздухе и биологических средах, М., 1972; Air sampling instruments, Cincinnati, 1972. Л. P. Исеев,

Э. H. Аканов; Ю. В. Новиков (гиг.).