Работа 4.11
Определение диоксида азота в атмосфере (в окружающем воздухе)
Оборудование и реактивы: улавливающее устройство, которое состоит из аспиратора для отбора проб, поглотительного прибора Рыхтера; аналитические весы; барометр; термометр; фотоколориметр; калий йодистый х.ч.; натрий азотно-кислый х.ч.
Приготовление всех последующих реактивов приводится в прил. 11.1-11.9: поглотительный раствор; натрий сернисто-кислый 0,06%-й раствор; уксусная кислота 12%-й раствор; сульфаниловая кислота; α-нафтиламин; составной реактив (реактив Грисса-Илосвая); исходный стандартный раствор азотисто-кислого натрия, 1 мл которого соответствует 1000 мкг NO2; раствор, 1 мл которого соответствует 10 мкг NO2; рабочий стандартный раствор, 1 мл которого соответствует 1 мкг NO2.
Объект исследования: воздух населенного пункта или предприятия.
Общие понятия. Азот образует смесь различных оксидов, но лишь NO и NO2 имеют значение как атмосферные загрязнители. Обычно суммарные концентрации NO и NO2 в атмосфере обозначаются как NOх.
Оксиды азота играют основную роль в образовании фотохимического смога, влияют они и на разрушение озонового слоя, ведут также к образованию кислых дождей. Загрязнение атмосферы оксидами азота в целом сравнительно невелико, но в промышленных зонах имеется их повышенное содержание.
Монооксид азота NO бесцветный газ, образующийся в малых количествах в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания при взаимодействии O2 с N2. В дальнейшем он окисляется кислородом до двуокиси азота NO2. Диоксид азота представляет собой коричнево-бурый газ, ядовитый, с неприятным запахом. При растворении NO2 в воде образуется азотная кислота. В отличие от серной азотная кислота может долгое время оставаться в атмосфере в газообразном состоянии, так как она плохо конденсируется. Пары азотной кислоты поглощаются в атмосфере каплями облаков или частицами аэрозоля.
Образование оксидов азота в процессах сжигания связано с окислением атмосферного азота и в меньшей степени с окислением органических соединений азота, содержащихся в топливе. С повышением температуры количество оксидов азота значительно увеличивается. Одним из основных источников выбросов NOх является производство азотной кислоты.
Оксиды азота образуются в природе и как результат превращений органического азота. Энергетика и транспорт выбрасывают в атмосферу 36% из почти 60 млн т ежегодных выбросов оксидов азота, т.е. в масштабах, сравнимых с естественным выделением соединений азота.
Газообразный NO2 токсичен (2-й класс опасности). Предельно допустимая концентрация максимально разовая составляет 0,085 мг/м3, среднесуточная 0,04 мг/м3.
Озон в концентрации, не превышающей концентрацию NO2 в 3 раза, не мешает определению. Чувствительность определения 0,1 мкг в анализируемом объеме пробы. Диапазон измеряемых концентраций составляет 0,03-0,64 мг/м3 при отборе пробы воздуха 5 л.
Принцип метода. Метод определения содержания диоксида азота в воздухе с реактивом Грисса - Илосвая основан на взаимодействии двуокиси азота и сульфаниловой кислоты. При этом образуется диазосоединение, которое, реагируя с α-нафтиламином, дает окрашенный в красно-розовый цвет азокраситель. По интенсивности окраски раствора определяют количество NO2.
Ход работы. Для определения разовой концентрации NО2 исследуемый воздух протягивают через поглотитель Рыхтера, наполненный 6 мл поглотительного раствора, со скоростью 0,25 л/мин в течение 20 мин.
Во время отбора пробы следует избегать освещения поглотительного прибора солнечными лучами. Срок хранения отобранных проб не более 2 суток. В лаборатории уровень раствора в поглотительном приборе доводят до метки 6 мл дистиллированной водой.
Для анализа 5 мл раствора из каждой пробы переносят в пробирку и добавляют по 0,5 мл составного реактива. Содержимое пробирок тщательно встряхивают и через 20 мин (непосредственно перед измерением) в пробирки приливают по 5 капель 0,06%-го раствора Na2SO3 и еще раз встряхивают.
Оптическую плотность измеряют в кюветах толщиной 10 мм при длине волны 540 нм относительно воды. Время от добавления составного реактива до измерения оптической плотности всех проб должно быть одинаковым.
Количество NO2 в пробах находят по калибровочному графику. Одновременно проводят измерение оптической плотности нулевой пробы.
Расчет концентраций диоксида азота в воздухе проводят по формуле
,
где: а общий объем пробы в поглотительном приборе (6 мл);
b объем пробы для анализа (5 мл);
m количество NO2 в пробе по калибровочному графику, мкг;
V0 объем протянутого через пробу воздуха, приведенный к нормальным условиям, л.
Калибровочный график. В мерные колбы на 50 мл наливают 1, 2, 4, 6, 8, 10, 20 мл рабочего стандартного раствора (1 мкг/мл). Разбавляют до метки поглотительным раствором. Концентрация NO2 в 5 мл стандартного раствора в мерных колбах составляет соответственно 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 2,0 мкг.
Для шкалы стандартов отбирают в пробирки по 5 мл каждого стандарта и проводят определение по методике, описанной выше.