МЕТОДИКА АНАЛИЗА N, N-ДИМЕТИЛФОРМАМИДА В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ

Сыченко Диана Викторовна

магистрант, кафедра инженерных проблем экологии, НГТУ, г. Новосибирск

E-mail: diana020789@mail.ru

Ларичкина Наталья Илларионовна

научный руководитель, канд. геол. - минерал. наук, доцент, НГТУ, г. Новосибирск

N,N-диметилформамид широко применяется в промышленности. Пары этого вещества в воздухе анализируются на сегодняшний день газохроматографическим методом. В статье предлагается фотометрический метод анализа.

На сегодняшний день в атмосферу выбрасывается огромное количество токсичных и вредных для живых организмов химических соединений. Диметилформамид — достаточно вредное вещество (ПДК = 10 мг/м³), поэтому очень важно проводить мониторинг его выбросов в атмосферу. Современное контрольно-измерительное и аналитическое оборудование в сочетании с высококвалифицированными специалистами в области химического анализа обеспечивают широкие возможности в разработке методов контроля состояния окружающей среды. Научно-техническая база, а также технические и научные возможности  общества позволяют обеспечить гибкий подход к разработке методов контроля состояния воздуха рабочей зоны, сочетая новейшие подходы в области современной аналитической химии. 

Диметилформамид — биполярный апротонный растворитель c большой диэлектрической проницаемостью(36,71), применяемый в производстве синтетических волокон, пленок, лакокрасочных материалов, искусственной кожи, полиимидов. Для выделения ацетиленовых и диеновых углеводородов из газов пиролиза нефтяных фракций, для экстракции ароматических углеводородов, селективной очистки минеральных смазочных масел, для растворения красителей при крашении бумаги, вискозы, древесины, кожи, пластиков, шерсти, как реакционная среда, обладающая каталитическими свойствами. При галогенировании, гидрохлорировании, гидроцианировании непредельных соединений, дегидратации, дегидрогалогенировании, формилировании, электросинтезе по Кольбе, в фармацевтической промышленности для очистки кристаллизацией сульфата дигидрострептомицина, ацетата гидрокортизона и др. [5].

Диметилформамид оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей, глаз, кожу. Он характеризуется общетоксическим и эмбриотоксическим действием. Поражает печень, проникает через неповрежденную кожу [1].

Мониторинг окружающей среды — это важнейшая часть экологического контроля. Главной целью мониторинга является наблюдение за состоянием окружающей среды и уровнем ее загрязнения. На сегодняшний день не менее важно своевременно оценивать последствия антропогенного воздействия на биоту, экосистемы и здоровье человека и животных, а также эффективность природоохранных мероприятий. Мониторинг — это не только слежение и оценка фактов, но и экспериментальное моделирование, прогноз и рекомендации по управлению состоянием окружающей среды.

Исходя из вышеизложенного, целесообразно будет провести поиск и последующий анализ существующих методик определения диметилформамида в окружающей среде.

В настоящий момент специалисты насчитывают более тысячи отравляющих веществ, которые могут негативно повлиять на самочувствие работников и привести к возникновению опаснейших заболеваний. Большая часть их находится в воздухе рабочей зоны в виде аэрозоля и паров, некоторые требуют специальной защиты для глаз и кожи.

Представленная методика явилась основой диссертационной работы. Данные методические указания были утверждены заместителем Главного государственного санитарного врача СССР А.И. Заиченко 5 августа 1976 года. Методика представляет собой качественный анализ N,N-диметилформамида в воздухе рабочей зоны. Нами была поставлена задача, произведя соответствующие вычисления и замеры, сделать из качественного анализа — количественный. Количественный химический анализ имеет большие преимущества перед качественным и чаще применяется в современных лабораториях. Количественный химический анализ способен дать объективные результаты измерений. На сегодняшний день среди представленных методик анализа существует только одна методика количественного определения — это газохроматографический анализ диметилформамида в воздухе рабочей зоны.

Мы предлагаем современную, технологически-простую методику анализа диметилформамида в воздухе рабочей зоны фотометрическим методом. Метод основан на образовании гидроксамовой кислоты при взаимодействии диметилформамида с гидроксиламином в щелочной среде и последующем фотометрическом определении гидроксамовой кислоты по реакции с хлорным железом.

Для измерения концентрации вещества в растворе необходимо выполнить ряд подготовительных операций в следующей последовательности: выбор длины волны, выбор кюветы, построение градуировочного графика для данного вещества. Для достижения наименьшей погрешности в определении концентрации следует правильно выбрать длину волны, на которой будет выполняться измерение. Для этого по спектральной кривой раствора выбрать такой участок, на котором выполняются следующие условия:

·оптическая плотность имеет максимальную величину;

·ход кривой примерно параллелен горизонтальной оси, т. е. оптическая плотность мало зависит от длины волны.

Длина волны, соответствующая этому участку, выбирается для измерения. Если для некоторых растворов второе условие не выполняется, то рабочая длина волны выбирается по первому условию.

Выбор кюветы должен осуществляться согласно следующим условиям:

·абсолютная погрешность измерения коэффициента пропускания не превышает 0,5 %;

·относительная погрешность измерения оптической плотности раствора будет различной и достигает минимума при значении оптической плотности 0,4.

Поэтому при работе на фотометре рекомендуется путем соответствующего выбора длины кювет работать вблизи указанного значения оптической плотности, например, в пределах от 0,2 до 0,8 [3].

Светофильтр — 520 нм (был определен опытным путем), кювета — 30 мм (исходя из окраски раствора, первые растворы шкалы слабо окрашены).

Определение концентрации диметилформамида осуществляется по градуировочному графику, изображенному на рисунке 1.

Рисунок 1 – Градуировочный график зависимости оптической плотности растворов (нм) от концентрации диметилформамида (мкг) в градуировочном растворе

Определение концентрации диметилформамида осуществляется по градуировочному графику, изображенному на рисунке 1.

Предлагаемая методика устанавливает концентрации диметилформамида в разовых пробах воздуха рабочей зоны в диапазоне концентраций (0,7—12,0) мг/м³. Методика предназначена для применения в лабораториях научно-исследовательских организаций, центрах мониторинга окружающей среды и охраны труда, промышленной безопасности, осуществляющих оценку соответствия гигиеническому нормативу содержания диметилформамида в пробах воздуха рабочей зоны, а также может быть использована в производственных лабораториях предприятий, специализирующихся на проведении аналогичных исследований.

Концентрацию диметилформамида в мг/м³ воздуха Х вычисляют по формуле:

Х = , (1)

где: G – количество диметилформамида, найденное в анализируемом объеме пробы, мкг;

V – объем пробы, взятый для анализа, мл;

V₁ – объем всей пробы, мл;

V₀– объем воздуха, взятый для анализа и приведенный к нормальным условиям, л.

По ГН 2.2.5.1313—03  «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» N,N-диметилформамид (№ 785) относится ко 2 классу опасности, ПДК = 10 мг/м³. «Настоящие Нормативы распространяются на рабочие места, независимо от их расположения (в производственных помещениях, в горных выработках, на открытых площадках, транспортных средствах)» [2].

Для подтверждения соответствия методик анализа установленным метрологическим требованиям к измерениям необходимо провести оценку значений показателя точности и проверку их соответствия установленным нормам точности.

Для проведения оценки значений показателя точности необходимо:

·    установить факторы, которые могут влиять на формирование показателя точности (основным фактором является время выполнения анализа, различные промежутки времени, время суток);

·     выбрать математическую модель, описывающую влияние различных факторов на результат измерений;

·     выбрать алгоритмы проведения оценки показателей точности измерений;

·     определить характеристики погрешности и оценить их значимость для формирования показателя точности;

·     составить план экспериментальных исследований и провести эти исследования в соответствии с планом;

·  оценить значения показателя точности (в виде расширенной неопределенности или характеристики погрешности).

Для расчета показателя точности методики анализа (для содержания, соответствующего содержанию определяемого компонента в оцениваемом образце в каждом из поддиапазонов) использовалась формула 2. Верхнюю Δв и нижнюю Δн границы, в которых погрешность результата анализа находится с принятой вероятностью Р = 0,95, рассчитывают по формуле 2:

Δ_в=|Δ_н|=Δ=, (2)

где: σ_R – среднее квадратическое отклонение всех результатов анализа, полученных по методике в условиях воспроизводимости (среднее квадратическое отклонение воспроизводимости);

Δс — показатель правильности методики анализа [4].

Абсолютная погрешность стандартного раствора № 2 (С = 100 мкг/мл), из которого были приготовлены оцениваемые образцы с концентрациями 5 мкг/мл, 10 мкг/мл, 20 мкг/мл, 40 мкг/мл, 60 мкг/мл, 80 мкг/мл, 90 мкг/мл составила 0,32 мкг/мл. В таблице 1 представлены значения показателей точности оцениваемых образцов, рассчитанных по формуле 2.

Таблица 1.

Значения показателей точности оцениваемых образцов

Для расчета показателя точности было проведено в лабораторных условиях 3 единичных эксперимента. В настоящее время ведутся работы по доработке методики. Так как были получены не удовлетворительные результаты относительной погрешности методики измерения.

Список литературы:

1.Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей (том 3) Неорганические и элементоорганические соединения Лазарев Н.В., Левина Е.Н., издание седьмое, переработанное и дополненное, 1977, 608 с

2.ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны». 30.04.2003. М. СПб., 2007

3.Основы физико-химических методов анализа: в 2 ч. Ч. 2. Фотометрия : учеб.-метод. пособие / С.В. Моржухина, Е.А. Денисова, М.П. Осмачко. — Дубна: Междунар. ун-т природы о-ва и человека «Дубна», 2010. — 75 с.

4.РМГ-61-2010 «Показатели точности, правильности, прецизионности методик количественного химического анализа. Методы оценки». 25.11.2010. М. Стандартинформ, 2012

5.Химическая энциклопедия: В 5 т.: т. 2: Даффа-Меди Х46 /Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл.ред.) и др.— М.: Сов. энцикл., 1990.— 671 c