Сорбционные системы инъекционного типа для концентрирования неполярных летучих органических соединений
- Авторы: Салтанова А.А.1, Новикова Е.А.1
-
Учреждения:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
- Выпуск: Том 1 (2022)
- Страницы: 290-291
- Раздел: Аналитические и микрофлюидные системы, наноматериалы и нанотехнологии
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr/article/view/107618
- ID: 107618
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Обоснование. Для аналитического контроля состава воздуха используются сорбционные микросистемы различного типа. Они необходимы для определения причин возможного заражения или развития болезней, а также для возможности создания устройств по очистке воздуха от загрязняющих смесей. Основной проблемой аналитического контроля является трудоемкость, длительность химического анализа при пробоподготовке, которая также плохо поддается автоматизации и сильно влияет на надежность и точность определения. Сорбционное концентрирование постоянно развивается: создаются новые, в том числе и селективные, сорбенты, новые схемы анализа [1].
Цель — создание сорбционных микросистем на основе полимерных сорбционных материалов и исследование их сорбционно-десорбционных свойств по отношению к летучим органическим соединениям.
Методы. Рассматриваемые сорбционные микросистемы представляют собой инъекционные иглы длиной 40 мм и внутренним диаметром 0,7 мм, заполненные сорбентом. Схема и фотографии полученных систем представлены на рис. 1 и 2 соответственно.
Рис. 1. Схема сорбционной микросистемы [1]: 1 — головка иглы; 2 — внутренний канал иглы; 3 — заглушка; 4 — сорбент
Рис. 2. Внешний вид сорбционных микросистем
В качестве сорбентов использовались полимерный сорбент Полисорб-1, 20 ٪ полидиметилсилоксан на инзенском кирпиче (ПМС), сверхсшитый полистирол MN-202 [1]. Исследование полученных экспериментальных образов проводили в два этапа. На первом этапе сорбировали гексан из предварительно приготовленной стандартной газовой смеси. На втором этапе проводили десорбцию путем помещения системы в испаритель газового хроматографа «Кристалл 5000», температуры десорбции варьировались в диапазоне 120–150 °С.
Результаты. Десорбцию гексана проводили неоднократно для полного извлечения сорбированных примесей. Установлено, что на первом этапе десорбции выходит наибольшее количество летучего компонента, но полная десорбция происходит после 3–5 актов в зависимости от типа сорбента.
В результате оценки эффективности сорбции и десорбции гексана с использованием сорбционных микросистем на основе полимерного сорбента Полисорб-1 было установлено, что степень извлечения существенно зависит от того, какая масса сорбента была помещена в инъекционную иглу.
Наилучшие результаты по извлечению гексана были получены для системы, в которой масса сорбента составляла 5,3 мг, — около 80 %. Системы с массой 7–8 мг показали самый плохой результат (степень извлечения 30–40 %), что, возможно, связано с тем, что системы были заполнены слишком большим количеством сорбента и не хватало газового объема в системе для эффективного массообмена при десорбции. В системах с наименьшим количеством сорбента (1–2 мг) небольшие степени извлечения (около 20 %) могут быть обусловлены тем, что с уменьшением количества сорбента также уменьшается количество сорбированного компонента.
Сорбционные системы на основе ПМС по эффективности концентрирования уступают Полисорбу (степень извлечения составляет в среднем 30 ٪). Системы на основе сверхсшитого полистирола MN-202 показали наихудшую эффективность по извлечению гексана, степень извлечения не превышала 10 %.
Выводы. На основании проведенных исследований выявлена наиболее оптимальная из рассмотренных сорбционная микросистема инъекционного типа, которая заполнена сорбентом Полисорб-1 массой 5,3 мг с долей свободного пространства 70 %.
Ключевые слова
Полный текст
Обоснование. Для аналитического контроля состава воздуха используются сорбционные микросистемы различного типа. Они необходимы для определения причин возможного заражения или развития болезней, а также для возможности создания устройств по очистке воздуха от загрязняющих смесей. Основной проблемой аналитического контроля является трудоемкость, длительность химического анализа при пробоподготовке, которая также плохо поддается автоматизации и сильно влияет на надежность и точность определения. Сорбционное концентрирование постоянно развивается: создаются новые, в том числе и селективные, сорбенты, новые схемы анализа [1].
Цель — создание сорбционных микросистем на основе полимерных сорбционных материалов и исследование их сорбционно-десорбционных свойств по отношению к летучим органическим соединениям.
Методы. Рассматриваемые сорбционные микросистемы представляют собой инъекционные иглы длиной 40 мм и внутренним диаметром 0,7 мм, заполненные сорбентом. Схема и фотографии полученных систем представлены на рис. 1 и 2 соответственно.
Рис. 1. Схема сорбционной микросистемы [1]: 1 — головка иглы; 2 — внутренний канал иглы; 3 — заглушка; 4 — сорбент
Рис. 2. Внешний вид сорбционных микросистем
В качестве сорбентов использовались полимерный сорбент Полисорб-1, 20 ٪ полидиметилсилоксан на инзенском кирпиче (ПМС), сверхсшитый полистирол MN-202 [1]. Исследование полученных экспериментальных образов проводили в два этапа. На первом этапе сорбировали гексан из предварительно приготовленной стандартной газовой смеси. На втором этапе проводили десорбцию путем помещения системы в испаритель газового хроматографа «Кристалл 5000», температуры десорбции варьировались в диапазоне 120–150 °С.
Результаты. Десорбцию гексана проводили неоднократно для полного извлечения сорбированных примесей. Установлено, что на первом этапе десорбции выходит наибольшее количество летучего компонента, но полная десорбция происходит после 3–5 актов в зависимости от типа сорбента.
В результате оценки эффективности сорбции и десорбции гексана с использованием сорбционных микросистем на основе полимерного сорбента Полисорб-1 было установлено, что степень извлечения существенно зависит от того, какая масса сорбента была помещена в инъекционную иглу.
Наилучшие результаты по извлечению гексана были получены для системы, в которой масса сорбента составляла 5,3 мг, — около 80 %. Системы с массой 7–8 мг показали самый плохой результат (степень извлечения 30–40 %), что, возможно, связано с тем, что системы были заполнены слишком большим количеством сорбента и не хватало газового объема в системе для эффективного массообмена при десорбции. В системах с наименьшим количеством сорбента (1–2 мг) небольшие степени извлечения (около 20 %) могут быть обусловлены тем, что с уменьшением количества сорбента также уменьшается количество сорбированного компонента.
Сорбционные системы на основе ПМС по эффективности концентрирования уступают Полисорбу (степень извлечения составляет в среднем 30 ٪). Системы на основе сверхсшитого полистирола MN-202 показали наихудшую эффективность по извлечению гексана, степень извлечения не превышала 10 %.
Выводы. На основании проведенных исследований выявлена наиболее оптимальная из рассмотренных сорбционная микросистема инъекционного типа, которая заполнена сорбентом Полисорб-1 массой 5,3 мг с долей свободного пространства 70 %.
Об авторах
Алена Александровна Салтанова
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Email: Saltanovaalena324@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9668-1557
студентка, группа 4425-280302D, естественнонаучный институт
Россия, СамараЕкатерина Анатольевна Новикова
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Автор, ответственный за переписку.
Email: novikova.ea@ssau.ru
https://ssau.ru/staff/272778070-novikova-ekaterina-anatolevna
научный руководитель, кандидат химических наук, доцент кафедры химии
Россия, СамараСписок литературы
- Платонов И.А., Колесниченко И.Н., Новикова Е.А., и др. Получение градуировочных газовых смесей хромато-десорбционным способом для повышения точности количественного определения биогенного пентана в выдыхаемом воздухе // Измерительная техника. 2017. № 8. С. 67–69. doi: 10.32446/0368-1025it.2017-8-67-70
Дополнительные файлы
