УДК 62-791.2

НОВЫЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОНЦЕНТРАЦИИ NO И NO2 И АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА В ВОЗДУХЕ

Вассель Наталья Петровна1, Вассель Сергей Сергеевич2
1Филиал Московского государственного университета технологии и управления в г. Ростове-на-Дону, кафедра химии и биологии
2Филиал Московского государственного университета технологии и управления в г. Ростове-на-Дону, кафедра физики и математики

Аннотация
Предложено определять концентрацию оксидов азота NO и NO2 и активных форм кислорода в воздухе с помощью электронного парамагнитного резонанса. ЭПР достаточно быстрый метод анализа, он не требует реактивов и обладает высокой чувствительностью. Чувствительность современных спектрометров достигает 10-9 моль/литр при оптимальных условиях регистрации, что соответствует концентрации соответствует 0,03 мг/м3 для оксида азота (II), и концентрации 0,046 мг/м3 для оксида азота (IV) . Однако чувствительность метода парамагнитного резонанса не зависит от плотности образца, а зависит от количества свободных радикалов в исследуемом образце. Таким образом, повышая давление в капсуле с исследуемым воздухом в n раз, мы в n раз повысим чувствительность метода (либо мы сможем использовать более дешевый спектрометр с более низкой разрешающей способностью).

Ключевые слова: активные формы кислорода, защита персонала., оксиды азота, определение концентрации, электронный парамагнитный резонанс


NEW APPROACH FOR DETECTING NO AND NO2 AND REACTIVE OXYGEN SPECIES IN THE AIR

Vassel Natalia Petrovna1, Vassel Sergei Sergeevich2
1Rostov branch of Moscow state university of technology and management, Chemistry and Biology Department
2Rostov branch of Moscow state university of technology and management, Physics and Mathematics Department

Abstract
Concentration of nitrogen oxides NO and NO2 and reactive oxygen species can be determined using electron paramagnetic resonance (EPR). This is rather fast method of analysis, it does not require reagents and has a high sensitivity. The essence of the phenomenon of electron spin resonance is the resonant absorption of electromagnetic radiation of unpaired electrons. The sensitivity of modern EPR spectrometers reaches 10-9 mol / liter under optimal conditions of registration. However, the sensitivity of electron paramagnetic resonance does not depend on the density of the sample, and depends on the amount of free radicals in the sample. Thus, increasing the pressure in the capsule with the studied air of N times, we are increasing the sensitivity of the method of N times (or we can use cheaper spectrometer with a lower resolution).

Keywords: concentration detecting, electron paramagnetic resonance, nitrogen oxides NO and NO2, NO и NO2, reactive oxygen species


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Вассель Н.П., Вассель С.С. Новый подход к определению концентрации NO и NO2 и активных форм кислорода в воздухе // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/02/31277 (дата обращения: 29.09.2017).

Оксиды азота применяются в производстве азотной кислоты, нитрат содержащих минеральных удобрений, являются окислителями в жидком ракетном топливе, используются при очистке нефтепродуктов от сероорганических соединений, применяются в качестве катализаторов при окислении органических соединений.

Зачастую опасность оксидов азота недооценивается. Вместе с тем оксиды азота являются веществами третьего класса опасности (наряду с такими веществами как соли тяжелых металлов). Согласно ГОСТ 12.1.016-79 «Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентраций вредных веществ» предельно допустимая концентрация (ПДК) оксида азота в воздухе населенных пунктов составляет 0,085  мг/м3, в воздухе рабочей зоны 5,0  мг/м3. Для диоксида азота ПДК составляют: 0,06 мг/м3 в воздухе населенных пунктов и 2 мг/м3 в воздухе рабочей зоны [1],[2].

Надо отметить, что порог обонятельного ощущения для оксида азота составляет 10 мг/м3, т.е. в 2-5 раз выше, чем ПДК в воздухе рабочей зоны.  При концентрации 90 мг/м3 в течение 15 минут наблюдается раздражение глотки, позывы к кашлю, слюноотделение. Опасными при кратковременном воздействии считаются концентрации 200-300 мг/м3, при многочасовом воздействии переносимы концентрации не выше 70 мг/м3.

Активные формы кислорода в воздухе представляют такую же опасность, что и оксиды азота NO и NO2.

Оксиды азота и активные формы кислорода оказывают негативное влияние на центральную нервную систему, вызывая повреждение митохондрий и эндоплазматической сети нейронов [3],[4]. Повреждение ДНК клеток глии под действием этих веществ является одной из причин развития апоптоза [5],[6] (запрограммированный процесс клеточного «самоубийства», направленный на удаление клеток, утративших свои функции).

Оксид азота (II) также вызывают поражение крови за счёт связывания гемоглобина. Относительно высокой токсичностью (при концентрации выше 50 мг/м3) обладает и оксид азота NO2. Он раздражает дыхательные пути и угнетает аэробное окисление в легочной ткани, что приводит к развитию токсического отёка легких.

Воздействие на организм человека диоксида азота снижает сопротивляемость к заболеваниям, вызывает кислородное голодание тканей, особенно у детей.

Кроме того, оксиды азота являются парниковыми газами и вызывают кислотные дожди.

Важной задачей является защита персонала, населения и окружающей среды от возможной утечки оксидов азота в атмосферу. Для этого необходимо контролировать концентрацию оксидов азота в воздухе.

В настоящее время наличие оксидов азота в воздухе определяют с помощью[7],[8],[9]:

-фотометрического метода;

-универсального газоанализатора УГ-2 с индикаторной трубкой на оксиды азота с диапазоном измерений 0-200 мг/м3;

-мини экспресс- лаборатории МЭЛ с диапазоном измерений 2,5-50 мг/м3;

-химического газоопределителя промышленных выбросов ГХПВ-2 с индикаторной трубкой на оксиды азота с диапазоном измерений 0-30, 0-200 мг/м3;

-лаборатории «Пчелка- Р» с использованием индикаторных трубок на оксиды азота с диапазоном измерений 2,5-50,1-100 мг/м3;

-стационарного газоанализатора ЭССА;

-персонального индикатора-сигнализатора «МЕГАКОН».

Для всех этих методов характерны следующие недостатки: достаточно низкая разрешающая способность (около 2-3 мг/м3) и необходимость расходовать индикаторные трубки. Повышение чувствительности аппаратуры позволит выявлять утечки оксидов азота на ранней стадии. Кроме того, в ряде случаев (например, для обнаружения взрывчатых веществ) необходимо определять концентрации оксидов азота в очень малых концентрациях.

Нами предложено определять концентрацию оксидов азота NO и NO2 и активных форм кислорода с помощью парамагнитного резонанса [10],[11]. Это очень быстрый метод анализа, он не требует реактивов и обладает высокой чувствительностью.

Суть явления электронного парамагнитного резонанса заключается в резонансном поглощении электромагнитного излучения неспаренными электронами. Используется для изучения систем с ненулевым электронным спиновым магнитным моментом (т. е. обладающих одним или нескольких неспаренными электронами): атомов и свободных радикалов в газовой, жидкой и твердой фазах [12].

Оксид азота NO имеет один неспаренный электрон, следовательно, он может быть обнаружен с помощью электронного парамагнитного резонанса.

С другой стороны, наличие неспаренного электрона обусловливает склонность NO к образованию слабосвязанных димеров N2O2. Димеры оксида азота не будут регистрироваться с помощью электронного парамагнитного резонанса. Однако по счастью, димеры оксида азота (II) это непрочные соединения с ΔH° димеризации = 17 кДж, и в газообразном состоянии димеризуется очень незначительная часть молекул NO [13,c. 250].

Оксид азота NO2 также имеет неспаренный электрон. В обычном состоянии NO2 существует в равновесии со своим димером N2O4. Однако уже при температуре 140 °C диоксид азота состоит только из молекул NO2 [13, c.253].

Чувствительность современных спектрометров достигает 10-9 моль/литр при оптимальных условиях регистрации. При атмосферном давлении концентрация оксида азота (II) в воздухе 10-9 моль/литр соответствует 0,03 мг/м3, для оксида азота (IV) — 0,046 мг/м3.

Однако чувствительность метода парамагнитного резонанса не зависит от плотности образца, а зависит от количества свободных радикалов в исследуемом образце. Таким образом, повышая давление в капсуле с исследуемым воздухом в n раз, мы в n  раз повысим чувствительность метода (либо мы сможем использовать более дешевый спектрометр с более низкой разрешающей способностью).


Библиографический список
  1. ГОСТ 12.0.004-90. Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда.
  2. ГОСТ 12.1.016-79. Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентраций вредных веществ.
  3. Брыжахин П.В., Вассель С.С., Федоренко Г.М. Электронно-микроскопическое исследование изменений в нейроне растяжения речного рака, вызванных фотодинамическим воздействием. // Материалы 7-ой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. 2001- Екатеринбург, 2001.- C.613
  4. Вассель С.С. Ультраструктурный анализ изменений в изолированном механорецепторном нейроне при фотодинамическом воздействии. // Материалы школы-семинара нейроинформатика: современный подход.- Ростов-на-Дону, 2001.- с. 39-41
  5. Скулачев В.П. Феноптоз: запрограммированная смерть организма.  //  Биохимия. —1999, № 6 —С. 37—44.
  6. Федоренко Г.М., Узденский А.Б., Вассель С.С., Брагин Д.Е., Колосов М.С. Динамика ультраструктурных изменений в изолированном механорецепторном нейроне при фотоиндуцированном окислительном стрессе// Материалы юбилейной международной конференции по нейрокибернетике, посвященной 90-летию со дня рождения Когана.- Ростов-на-Дону, 2002.-с.287-290.
  7. МУ № 4751-88. Методические указания по фотометрическому измерению концентраций оксида и диоксида азота в воздухе рабочей зоны.
  8. МУК 4.1.2473-09. Измерение массовых концентраций оксида и диоксида азота в воздухе рабочей зоны по реакции с реактивом Грисса-Илосвая методом фотометрии. Методические указания.
  9. Газоанализаторы оксида азота. Технические характеристики. URL:  http://www.analitpribors.ru/gazoanalizatory-oksida-azota.html
  10. Вассель С.С. Определение концентрации оксидов азота в воздухе с помощью электронного парамагнитного резонанса// Материалы 4 всероссийской с международным участием научной Бергмановской конференции «Физико-химический анализ: состояние, проблемы, перспективы развития», Махачкала, 2012.- с.45.
  11. Вассель С.С., Вассель Н.П. Новый способ опре6деления оксидов азота в воздухе при производстве минеральных удобрений// Материалы международной научно-практической конференции «Формирование региональных территориальных кластеров в сфере АПК, перерабатывающей и пищевой промышленности», Ростов-на-Дону, 2013, с.18-21
  12. С. А. Альтшулер, Б. М. Козырев, Электронный парамагнитный резонанс. М.: Физматиз, 1961.
  13. Князев Д.А., Смарыгин С.Н. Неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1990.-430 с.


Все статьи автора «NPVASSEL»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: