Измерение концентрации вредных веществ индикаторными трубками

https://youtu.be/DyNz6R4_w3E Опасный аммиак! Измерение концентрации аммиака в воздухе при помощи индикаторных трубок (показан процесс, 3 мин.)

Аналитические лабораторные методы контроля вредных веществ в воздухе включают отбор проб с последующей доставкой и проведением их анализа в лабораторных условиях, что не всегда позволяет своевременно принять действенные меры для обеспечения безопасных условий труда.

Концентрацию вредных веществ в воздухе производственных помещений во многих случаях можно быстро установить экспрессным методом с помощью индикаторных трубок. Основными преимуществами указанного метода являются:

1. Быстрота проведения анализа и получение результатов непосредственно на месте отбора пробы воздуха.

2. Простота метода и аппаратуры, что позволяет проводить анализ лицам, не имеющим специальной подготовки.

3. Малая масса, комплектность и низкая стоимость аппаратуры.

4. Достаточная чувствительность и точность анализа; не требуются регулировка и настройка аппаратуры перед проведением анализов.

5. Не требуются источники электрической и тепловой энергии.

Указанные отличительные качества метода контроля вредных веществ в воздухе с помощью индикаторных трубок способствовали широкому внедрению его в промышленность и другие области хозяйственной деятельности.

Обследование предприятий ведущих отраслей промышленности показало, что более половины из них пользуются для контроля воздушной производственной среды индикаторными трубками. Зарубежный опыт также свидетельствует о широком использовании индикаторных трубок на промышленных предприятиях для санитарного контроля воздушной среды.

Индикаторная трубка представляет собой герметичную стеклянную трубку, заполненную твёрдым носителем, обработанным активным реагентом. В качестве носителей реактивов применяют различные порошкообразные материалы: силикагель, оксид алюминия, фарфор, стекло, хроматографические носители (динохром, полихром, силохром) и др. Структура и природа носителя оказывают существенное влияние на свойства индикаторного порошка.

Непосредственно перед использованием трубки вскрывают путём отламывания кончиков или другим путём и пропускают через них пробу воздуха. Концентрацию вредного вещества определяют по изменению интенсивности окраски (колориметрические индикаторные трубки) или длины окрашенного индикаторного порошка (линейно-колористические индикаторные трубки).

В отечественной практике наиболее широкое распространение получил линейно-колористический метод анализа. Сущность метода заключается в изменении окраски индикаторного порошка в результате реакции с вредным веществом, находящимся в анализируемом воздухе, пропускаемом через трубку. Длина изменившего первоначальную окраску слоя индикаторного порошка пропорциональна концентрации вредного вещества. Концентрацию вредного вещества измеряют по градуированной шкале, нанесённой на трубку или прилагаемой отдельно. Количественное определение вредных веществ в воздухе по длине изменившего окраску слоя порошка в индикаторной трубке возможно при соблюдении условий:

− окраска слоя должна быть контрастной и интенсивной при минимально определяемых концентрациях;

− изменивший окраску слой должен иметь достаточную для измерений без больших погрешностей длину и чёткую границу раздела окрасок;

− длина изменившего окраску слоя порошка должна увеличиваться с ростом концентрации определяемого вещества.

Особое внимание при разработке и изготовлении индикаторных трубок уделяют их избирательности, т.е. возможности определять анализируемое вещество в присутствии сопутствующих примесей. Эту задачу решают, применяя фильтрующие трубки с соответствующим наполнителем для улавливания мешающих анализу примесей; их помещают перед индикаторной трубкой.

При использовании индикаторных трубок на результаты измерений может оказывать влияние колебание температуры анализируемого воздуха. Это связано с тем, что изменение температуры влияет на объём отбираемого воздуха, степень поглощения анализируемых веществ и в некоторых случаях – на скорость реакции.

Суммарное влияние всех этих факторов может привести к изменению длины окрашенного слоя. Для повышения точности измерений применяют таблицы температурных поправок или поправочные коэффициенты.

Комиссией по вопросам охраны окружающей среды отдела прикладной химии Международного союза теоретической и прикладной химии разработан стандарт на индикаторные трубки для контроля содержания газов и паров в воздухе рабочей зоны. Согласно данному стандарту индикаторные трубки по своим метрологическим характеристикам делятся на два класса – А и В. Индикаторные трубки обоих классов должны позволять контролировать вредные вещества в воздухе рабочей зоны при их содержании от 0,5 до 5 и более значений предельно допустимой концентрации. При этом для трубок класса А погрешность измерения при содержании вредных веществ в воздухе от 1 ПДК и выше должна составлять не более ±25 \%, а на уровне 0,5 ПДК допускается ±35 \%. Для индикаторных трубок класса В погрешность измерения при содержании вредных веществ в воздухе на уровне от 1 до 5 ПДК должна быть не более ±25 \%, а на уровне 0,5 ПДК допускается погрешность ±50 \%.

Согласно зарубежным литературным источникам погрешность измерения концентрации вредных веществ в воздухе индикаторными трубками достигает 20…40 \%, однако и при лабораторных методах определения микроконцентраций наблюдаются погрешности до ±25 \% и даже ±50 \%.

Воспроизводимость результатов измерения концентрации вредных веществ, характеризующаяся относительным стандартным отклонением, для некоторых трубок достигает 5…10 \%, а для других – 20…30\%. Подобная воспроизводимость, как правило, достаточно высока для удовлетворительного определения качества воздуха с точки зрения санитарных, а во многих случаях и технических требований.

Особенно эффективно применение индикаторных трубок для экспрессного контроля токсичных, взрыво и пожароопасных веществ в аварийных ситуациях, при проведении огневых и сварочных работ в газоопасных местах, для контроля герметичности оборудования и поиска неполадок, для выявления вредных и взрыво и пожароопасных газов и паров в замкнутых пространствах, для установления необходимости использования средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Очевидно, точность измерения вредных веществ в воздухе индикаторными трубками определяется не только воспроизводимостью результатов, но и наличием систематических ошибок, зависящих от следующих факторов: качества градуировки индикаторных трубок при их изготовлении; соблюдения условий и сроков хранения трубок; исправности и правильности эксплуатации воздухозаборного устройства; правильности применения трубок при наличии в анализируемом воздухе примесей, сопутствующих определяемому веществу. Поэтому при использовании индикаторных трубок необходимо строго учитывать соответствующие сведения, приведённые в сопроводительной документации к этим трубкам.

В соответствии с ГОСТ 12.1.014–84 (Метод измерения концентраций вредных веществ индикаторными трубками) нижняя граница интервала измерений вредных веществ в воздухе должна быть не более 0,5 ПДК, а верхняя граница – не менее 5 ПДК для данного вещества. При этом интервал измерений может быть разбит на несколько подинтервалов за счёт изменения объёма пропускаемого через индикаторную трубку воздуха.

Результат измерения концентрации вредного вещества приводят к стандартным условиям: температура 293 К (Кельвин, или 20⁰ С), атмосферное давление 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), относительная влажность 60 \%.

Концентрацию с при стандартных условиях (в мг/м3) рассчитывают по формуле:

То же:

С_H = С_t (273 + t) 101,3K / (293Р),

где С_t – результат измерения концентрации вредного вещества при температуре окружающего воздуха t (C), относительной влажности (\%), атмосферном давлении Р (кПа), мг/м3; K – коэффициент, учитывающий влияние температуры и влажности окружающего воздуха на показания индикаторных трубок, значение которого определяется из функции влияния. Функция влияния нормируется в виде графика или таблицы и учитывает влияние на показания индикаторных трубок изменения температуры и относительной влажности воздуха в пределах рабочих условий измерений. Относительная погрешность измерения не должна превышать ±35 \% в диапазоне 0,5…2ПДК и ±25 \% при концентрациях выше 2 ПДК при климатических условиях: температура окружающей среды –15…30°; относительная влажность – 30…80 \%; барометрическое давление – 90…104 кПа.

В качестве устройств для отбора проб воздуха при проведении измерений концентрации вредных веществ в воздухе с помощью индикаторных трубок рекомендуется применение сильфонного аспиратора АС-1 (устаревшее обозначение – АМ-5), газоанализатора насосного типа УГ-2, ручного насоса – пробоотборника НП-3М, а для отбора проб в труднодоступных местах – пробоотборного зонда 3П-ГХК.

Основными областями применения индикаторных трубок являются измерения массовой и/или объёмной концентрации экотоксикантов:

− в воздухе рабочей зоны на уровне ПДК по ГОСТ 12.1.005–88 и РД 51712–2001;

− при аварийных ситуациях при превышении ПДК для воздуха рабочей зоны;

− в промышленных газовых выбросах химических и других производств.