Анализ проб рудничного воздуха

Поступившие в лабораторию пробы газа подвергаются анализу по одному из следующих способов:

• на газоаналитическом приборе, объемным способом (анализ на метан, кислород и углекислый газ);
• по методу титрования, т. е. уменьшению концентрации раствора вещества, реагирующего с определяемым газом (анализ сероводорода, сернистого газа, иногда окиси углерода);
• весовым методом, т. е. улавливанием газа каким-нибудь твердым или растворенным реагентом (анализ на сероводород и сернистый газ);
• термохимическим способом, т. е. определением температуры окисления газа на катализаторе (анализ на окись углерода);
• колориметрическим методом, т. е. определением степени окрашивания поглотителя при реакции с определяемым газом (определение окислов азота).

Схема стандартного газоаналитического прибора, используемого в газоаналитических лабораториях горноспасательных частей показана на рис 47. Он состоит из измерительной бюретки 1 емкостью от 35 до 50 см3 с пузырем, занимающим 75% объема бюретки, и нижней градуированной части с ценой деления 0,1% обшей емкости, поглотительных сосудов 2 и 3, coжигательного сосуда 4, манометра 5 и ртутных давильных сосудов 6.

Пипетка с пробой анализируемого воздуха 7 присоединяется к бюретке 1 (защищенной от колебаний температуры водяной рубашкой, снабженной грушей для перемешивания 8), с помощью которой из пипетки забирается определенный объем газа, который затем последовательно вытесняется в поглотитель 2, сожигательный сосуд 4 и поглотитель 3, где производится соответственно поглощение СО₂ (25%-м раствором едкого калия), сожигание метана (при помощи питаемой через трансформатор на 6 в раскаденной платиновой спирали с диаметром проволоки 0,3 мм) и поглощение кислорода (щелочным раствором пирогаллола C₆H₃(OH)₃ или раствором гидросернистого натрия Na₂S₂O₄). Манометр 5 служит для приведения объемов газовой смеси к постоянному давлению до и после поглощения отдельных компонентов газовой смеси.

Рис. 47. Схема стандартного газоаналитического аппарата для определения метана, углекислого газа и кислорода: 1— бюретка для определения объемов газов; 2 — поглотитель для углекислого газа; 3 — поглотитель для кислорода; 4 — сожигательная груша для метана; 5- манометр для приведения к постоянному давлению; 6 — давильные сосуды; 7 — пипетка с анализируемым воздуxом; 8 — груша для перемешивания воды в термостатирующей рубашке

Титрометрические способы определения H₂S, SO₂ и СО основаны на следующих реакциях.

Сумма H₂S и SО₂ определяется посредством протягивания анализируемой пробы через 0,01—нормальный раствор иода в склянках Петри. Реакция с иодом протекает по уравнениям:

J₂+ 2Н₂О + SО₂ = H₂SО₄ + 2HJ
J₂ + H₂S = 2HJ+S.

Остаток иода в растворе титруется 0,01 — нормальным раствором гипосульфита натрия (Na₂S₂O₃). Количество SО₂ и H₂S в пробе определяется по убыли иода. Метод позволяет определить наличие сероводорода и сернистого газа с точностью до 0,0001%.

Для определения титрометрическим способом окиси углерода проба протягивается через нагретую трубку с пятиокисью иода. При реакции с пятиокисью иода окись углерода образует точно такое же количество углекислого газа

J₂О₅ + 5CO = 5CО₂ + J₂.

Углекислый газ поглощают титрованным раствором едкого барита Ba(OH)₂·8H₂О и титруют соляной кислотой (HC1).

Раздельный анализ на сероводород и сернистый газ производится весовым способом. Проба газовой смеси пропускается последовательно через склянки Петри с раствором бертолетовой соли (KClO₃) и склянки с аммиачным раствором перекиси водорода. Сернистый газ реагирует с бертолетовой солью по уравнению

КСlО₃ + 3H₂О + 3SО₂ = 3H₂SO₂₄+ KCI.

Сероводород почти не реагирует с бертолетовой солью и взаимодействует с перекисью водорода:

4Н₂О₂ + H₂S = H₂SО₄ + 4Н₂О.

После поглощения газов к каждому из растворов отдельно приливают хлористый барий (ВаС1₂), в результате чего серная кислота выпадает из растворов в виде нерастворимого осадка:

BaCl₂+H₂SO₄ = 2HCI + BaSO₄

По взвешиванию отфильтрованного и просушенного осадка BaSO₄ вычисляются количества сернистого газа и сероводорода, израсходованные на образование серной кислоты.

Для быстрого определения окиси углерода с точностью до 0,01 % удобен термохимический метод, основанный на каталитическом окислении окиси углерода смесью двуокиси марганца (MnO₂) и окиси меди (CuO) и замере температуры реакции при помощи точного ртутного термометра или термостолбика. Принцип термоиндикации использован для конструирования переносных определителей окиси углерода. Лабораторные и переносные термоиндикаторы калибруются путем точного определения СО по методу поглощения пятиокисью иода и определения СО₂.

Качественное и полуколичественное определение окислов азота производится путем поглощения их 0,5%-м раствором едкого калия или натрия, нейтрализации раствора крепкой уксусной кислотой (C₂H₄O₂) и окрашивания нагретого раствора так называемым реактивом Грисса (смесь растворов сульфаниловой кислоты (NH₂·С₆Н₂·НSO₃) в уксусной и альфа-нафтиламина (C₁₀H₂·NH₂) в воде. При наличии окислов азота смесь приобретает красную, розовую или желтую окраску, в зависимости от концентрации окислов азота.

Для грубо количественного определения окиси углерода можно использовать реакцию осаждения металлического палладия из раствора хлористого палладия (PdCl₂) и уксуснокислого натрия (NaC₂H3O₂) в воде:

PdCl₂+СО+H₂O+2NaC₂H₃O₂=Pd+СО₂+2NaCl+2С₂Н₄O₂.

В присутствии СО на стенках сосуда с раствором с большей или меньшей скоростью образуется налет палладия.

Для той же цели могут быть использованы растворы в воде азотнокислого серебра (AgNO₃), едкого натрия и аммиака, в результате смещения которых образуется серебряно-аммиачный гидрат [Ag(NH₃)2OH]; последний, реагируя с СО, дает осадок металлического серебра, вызывающий более или менее интенсивное помутнение раствора:

2Ag (NH₃)2 ОH+СО+3H₂О=2Ag+СО₂+4NH₄OH.

Кроме перечисленных простейших анализов состава рудничного воздуха, лаботаториям горноспасательных станций приходится иногда производить более сложные работы по раздельному определению в смесях метана, этилела, этана, тяжелых углеводородов и водорода.