Индикаторные трубки

Аналитические лабораторные методы контроля вредных веществ в воздухе включают отбор проб с последующей доставкой и проведением их анализа в лабораторных условиях, что не всегда позволяет своевременно принять действенные меры для обеспечения безопасных условий труда. Кроме того, для осуществления таких анализов, как правило, требуется дорогостоящее лабораторное оборудование, приборы и инструментарий, они достаточно трудоемки и очень часто для их выполнения требуется высококвалифицированный персонал.

Концентрацию вредных веществ в воздухе производственных помещений и промышленных выбросов во многих случаях можно быстро установить экспрессным методом с помощью индикаторных трубок.

Первые упоминания об использовании индикаторных трубок для измерения концентраций вредных веществ в воздухе относятся к началу 20 века.

Первый патент на них был выдан в Америке в 1919 году, после того, как два американца (А.Б. Лэмб и К.Р. Новер) разработали состав для определения монооксида углерода (угарного газа) в шахтах путем пропитки пемзы смесью йода и серной кислоты.

Запатентованный состав они поместили в ампулу, и таким образом была создана первая газоизмерительная трубка, являющаяся прообразом современной индикаторной трубки.

В нашей стране исследования, направленные на разработку индикаторных порошков и воздухопросасывающих устройств для индикаторных трубок, начались в 40-х годах прошлого столетия в Ленинградском всесоюзном НИИ охраны труда (ВНИИОТ) ВЦСПС.

К 60 -м годам сотрудниками физико-химической лаборатории ВНИИОТ были разработаны основные положения метода, названного линейно-колористическим.
На основе этого метода был разработан целый ряд приборов для определения наиболее распространенных газов и паров.
Все эти приборы, названные газоанализаторами, благодаря портативности и простоте в обращении с ними, нашли широкое применение в практике контроля воздушной среды промышленных предприятий.

Ассортимент индикаторных порошков был ограничен и поэтому индикаторные трубки как составная часть этих приборов градуировались совместно с воздухозаборным устройством. Сами индикаторные трубки заполнялись индикаторным порошком непосредственно перед использованием, а концы трубок герметизировались сургучом.

Интенсивное развитие химической промышленности в середине 20 века в СССР, появление новых знаний о вредном воздействии различных химических веществ на окружающую среду и здоровье человека определили необходимость разработки и широкого применения простых и быстрых средств оценки уровней загрязненности воздуха различными соединениями. В результате проведения серии научно-исследовательских работ было найдено, что количественное определение газа по длине окрашенного столбика индикаторной трубки возможно лишь при воспроизводимой величине поверхности реактива на единицу длины трубки, постоянстве сопротивления индикаторных трубок потоку анализируемого воздуха и просасывании через индикаторную трубку определенного объёма воздуха.

Одновременно нужно было решать такие важные практические вопросы, как:

• повышение чувствительности и избирательности/специфичности/селективности определения;
• получение максимально интенсивной индикационной окраски и её максимально контрастной и четкой границы в индикаторной трубке;
• получение достаточного по длине/глубине слоя изменения индикационной окраски наполнителя индикаторной трубки;
• повышение скорости цветового перехода в присутствии определяемого вещества;
• получение индикаторных порошков, стабильных при их длительном хранении, сохраняющих свои индикационные характеристики;
• получение достаточно устойчивого во времени аналитического эффекта (окраски).

В настоящее время в индикаторных трубках используются химические реакции практически всех типов:

• окислительно-восстановительные;
• кислотно-основные;
• комплексообразования;
• органического синтеза.

Проведенное недавно обследование предприятий ведущих отраслей промышленности показало, что более половины из них пользуются для контроля воздушной производственной среды индикаторными трубками.

Зарубежный опыт также свидетельствует о широком использовании индикаторных трубок на промышленных предприятиях для санитарного контроля воздушной среды.

Преимущества газового анализа с применением индикаторных трубок:

1. быстрота проведения анализа и получение результатов непосредственно на месте отбора проб;
2. простота метода и аппаратуры, что позволяет проводить газовый анализ лицам, не имеющим специальной подготовки;
3. малый вес и габариты, а также низкая стоимость аппаратуры;
4. достаточная чувствительность и точность анализа (погрешность не более 25%, с учетом влияния неконтролируемых факторов в сравнительно широких диапазонах температуры, давления и влажности воздуха);
5. удобства при подготовке и выполнении измерений – в частности, не требуется регулировка и настройка аппаратуры перед проведением анализа;
6. не требуются источники электрической и тепловой энергии. Это позволяет эффективно применять индикаторные трубки для автономного химического экспресс-контроля токсичных, взрыво- и пожароопасных веществ в аварийных ситуациях, в замкнутых помещениях и на открытых пространствах;
7. применение индикаторных трубок на начальном этапе работ позволяет рационализировать аналитический процесс, получить первичную информацию и свести к минимуму затраты на получение всего массива аналитической информации, а в ряде случаев – и ограничиться полученной информацией. Перенос образцов для анализа в лаборатории заменяется переносом информации о результатах этого анализа.

Указанные преимущества способствовали широкому внедрению индикаторных трубок при контроле вредных веществ в воздухе и газовых средах в различные области хозяйственной деятельности – эксплуатации энергетических, технологических, судовых машин и установок; санитарно-химическом, экологическом и специальном контроле, контроле условий труда и аттестации рабочих мест, мониторинге газовых выбросов и т.п.

Индикаторные трубки могут успешно использоваться для предварительной оценки качества воздуха и других газовых сред, связанной с защитой здоровья населения, охраной окружающей среды и др.

В неисследованных производственных условиях перед проведением измерений трубками индикаторными обычно проводят разовую сравнительную оценку состава воздуха рабочей зоны с использованием аттестованных методик или методических указаний, утвержденных Министерством здравоохранения России, а для промышленных выбросов – по методикам, согласованным с Государственным комитетом по гидрометеорологии и контролю природной среды.

На основании полученных данных устанавливают возможность применения индикаторных трубок для планового или оперативного контроля.
Результаты измерений производимыми и поставляемыми ЗАО «Крисмас+» трубками индикаторными хорошо согласуются с данными, полученными по методикам.

Существует огромное количество различных по своему общему устройству индикаторных трубок, с несколькими индикаторными и фильтрующими слоями, с промежуточными обтекателями и перемычками, с ампулами, содержащими жидкие компоненты индикаторной рецептуры, которые разбиваются специальным устройством либо до, либо после просасывания анализируемого воздуха и т.д.

Но, как правило, индикаторная трубка представляет собой специальным образом подготовленную герметичную стеклянную трубку определенного диаметра и длины, заполненную твёрдым носителем, который перед его внесением в трубку подвергается ряду предварительных технологических операций, в результате которых на него наносится индикаторная рецептура.

Габаритные размеры индикаторных трубок лежат в пределах: длина 80-160 мм, диаметр 4,0-6,5 мм.
Положение индикаторного порошка в трубке фиксируется воздухопроницаемыми прокладками (тампонами).
Трубки герметизируют запаиванием.

В качестве носителей применяют различные порошкообразные материалы: силикагель, оксид алюминия, фарфор, стекло, хроматографические носители (динохром, полихром, силохром) и др.
Структура и природа носителя оказывают существенное влияние на свойства индикаторного порошка (чувствительность, сохраняемость, специфичность и т.д.) и специальным образом подбирается.

Непосредственно перед использованием трубки вскрывают путём отламывания их кончиков с двух сторон и с помощью специального насоса-пробоотборника пропускают через них определенную пробу воздуха.

Концентрацию вредного вещества определяют по изменению интенсивности окраски (колориметрические индикаторные трубки) или длины окрашенного индикаторного порошка (линейно-колористические индикаторные трубки).

При этом, размытость границы раздела окраски слоев исходного и про­реагировавшего индикаторного порошка не должна превышать 2 мм (если она больше, то исследование повторяют). Отсчет результата измерения проводят от середины размытости.
Концентрацию вредного вещества в воздухе рабочей зоны, как правило, определяют в миллиграммах на 1м³.
Измерение проводят последовательно не менее 3 раз, за окончательный результат принимают среднее арифметическое значение.

В отечественной практике наиболее широкое распространение получил линейно-колористический метод анализа.
Сущность метода заключается в изменении окраски индикаторного порошка в результате реакции с вредным веществом, находящимся в анализируемом воздухе, пропускаемом через трубку.
Длина изменившего первоначальную окраску слоя индикаторного порошка пропорциональна концентрации вредного вещества.
Концентрацию вредного вещества измеряют по градуированной шкале, нанесённой на трубку или прилагаемой отдельно.

Количественное определение вредных веществ в воздухе по длине изменившего окраску слоя порошка в индикаторной трубке возможно, как это указывалось выше, при соблюдении условий:

• окраска слоя должна быть контрастной и интенсивной при минимально определяемых концентрациях;
• изменивший окраску слой должен иметь достаточную для измерений без больших погрешностей длину и чёткую границу раздела окрасок;
• длина изменившего окраску слоя порошка должна увеличиваться с ростом концентрации определяемого вещества.

Общую схему процессов происходящих в линейно-колористических индикаторных трубках при пропускании через неё пробы анализируемого воздуха или другой газовой среды можно описать следующим образом.

Молекулы исследуемого компонента пробы, увлекаемые просасываемым через трубку потоком воздуха или другой газовой среды, перемещаются на определенное расстояние по слою наполнителя. В процессе сорбции часть молекул исследуемого вещества адсорбируется и (или) вступает в химическую реакцию с реактивом, нанесенным на носитель (хемосорбция). Несвязанные молекулы исследуемого вещества, в том числе и десорбировавщиеся с поверхности носителя, увлекаются потоком просасываемой пробы и вступают далее во взаимодействие со свежей поверхностью реактивов, закрепленных (иммобилизованных) на индикаторном порошке/наполнителе.

Минимальная концентрация газа (пара), которая может быть измерена по длине изменившего окраску столбика порошка/наполнителя, определяет чувствительность линейно-колористической индикаторной трубки.

Особое внимание при разработке и изготовлении индикаторных трубок уделяют их избирательности, т.е. возможности определять анализируемое вещество в присутствии сопутствующих примесей.
Эту задачу иногда решают, применяя фильтрующие трубки с соответствующим наполнителем для улавливания мешающих анализу примесей; в ходе анализа их помещают перед индикаторной трубкой.

При использовании индикаторных трубок на результаты измерений может оказывать влияние колебание температуры анализируемого воздуха.
Это связано с тем, что изменение температуры влияет на объём отбираемого воздуха, степень поглощения анализируемых веществ и в некоторых случаях на скорость реакции.

Суммарное влияние всех этих факторов может привести к изменению длины окрашенного слоя. Для повышения точности измерений применяют таблицы температурных поправок или поправочные коэффициенты.

Комиссией по вопросам охраны окружающей среды отдела прикладной химии Международного союза теоретической и прикладной химии разработан стандарт на индикаторные трубки для контроля содержания газов и паров в воздухе рабочей зоны.
Согласно данному стандарту индикаторные трубки по своим метрологическим характеристикам делятся на два класса – А и В.
Индикаторные трубки обоих классов должны позволять контролировать вредные вещества в воздухе рабочей зоны при их содержании от 0,5 до 5 и более значений предельно допустимой концентрации.

При этом для трубок класса А погрешность измерения при содержании вредных веществ в воздухе от 1 ПДК и выше должна составлять не более ±25%, а на уровне 0,5 ПДК допускается ±35%.
Для индикаторных трубок класса В погрешность измерения при содержании вредных веществ в воздухе на уровне от 1 до 5 ПДК должна быть не более ±25%, а на уровне 0,5 ПДК допускается погрешность ±50%.

Согласно зарубежным литературным источникам погрешность измерения концентрации вредных веществ в воздухе индикаторными трубками достигает 20…40 %, однако и при лабораторных методах определения микроконцентраций наблюдаются погрешности до ±25% и даже ±50%.

Воспроизводимость результатов измерения концентрации вредных веществ, характеризующаяся относительным стандартным отклонением, для некоторых трубок достигает 5…10%, а для других – 20…30%. Подобная воспроизводимость, как правило, достаточно высока для удовлетворительного определения качества воздуха с точки зрения санитарных, а во многих случаях и технических требований.

Особенно эффективно применение индикаторных трубок для экспрессного контроля токсичных, взрыво- и пожароопасных веществ в аварийных ситуациях, при проведении огневых и сварочных работ в газоопасных местах, для контроля герметичности оборудования и поиска неполадок, для выявления вредных и взрыво- и пожароопасных газов и паров в замкнутых пространствах, для установления необходимости использования средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Очевидно, точность измерения вредных веществ в воздухе индикаторными трубками определяется не только воспроизводимостью результатов, но и наличием систематических ошибок, зависящих от следующих факторов: качества градуировки индикаторных трубок при их изготовлении; соблюдения условий и сроков хранения трубок; исправности и правильности эксплуатации воздухозаборного устройства; правильности применения трубок при наличии в анализируемом воздухе примесей, сопутствующих определяемому веществу.
Поэтому при использовании индикаторных трубок необходимо строго учитывать соответствующие сведения, приведённые в сопроводительной документации к этим трубкам.

В соответствии с ГОСТ 12.1.014–84 (Метод измерения концентраций вредных веществ индикаторными трубками) нижняя граница интервала измерений вредных веществ в воздухе должна быть не более 0,5 ПДК, а верхняя граница – не менее 5 ПДК для данного вещества. При этом интервал измерений может быть разбит на несколько подинтервалов за счёт изменения объёма пропускаемого через индикаторную трубку воздуха.

Результат измерения концентрации вредного вещества приводят к стандартным условиям: температура 293 К, атмосферное давление 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), относительная влажность 60%.

Имеющиеся для индикаторных трубок шкалы измерений, связывающие длину (или интенсивность окраски) изменившего первоначальную окраску слоя наполнителя с концентрацией определяемого компонента, как правило, отградуированы:

• для низких концентраций в мг/м³, ррм, ррв;
• для средних – в г/м³;
• для высоких – в об%.

Концентрация 1 об% означает 1 часть по объему вещества на 100 частей анализируемого воздуха.
Концентрация 1 ррм означает 1 часть загрязнителя на 1 мил. частей анализируемого воздуха.
Преобразование единиц измерения микроконцентраций в объемные проценты: 1 об% = 10 000 ррм = 10 000 000 ррв

Для преобразования ррм в мг/м³ и наоборот нужно пользоваться формулами:
Сррм = С мг/м3*Vm|Mm
Cмг/м³ = Cррм *Mm|Vm

Где: Vm – мольный объем анализируемого газа;
Mm – молекулярная масса вещества.

Основными областями применения индикаторных трубок являются измерения массовой и/или объёмной концентрации экотоксикантов:

• в воздухе рабочей зоны на уровне ПДК по ГОСТ 12.1.005–88 и РД 51712–2001;
• при аварийных ситуациях при превышении ПДК для воздуха рабочей зоны;
• в промышленных газовых выбросах химических и других производств.

Коллектив ЗАО «Крисмас+» вот уже более 30 лет разрабатывает, серийно производит и поставляет индикаторные трубки для химического экспресс-контроля вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

В настоящий момент наша компания собственно производит 52 наименования индикаторных трубок и поставляет свыше 1000 наименований индикаторных трубок от всех известных и добросовестно работающих компаний, также производящих эту продукцию.

На основании Федерального закона от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» индикаторные трубки, как средство измерения, подлежат обязательной сертификации на утверждение типа средств измерения и включению в Государственный реестр.

Индикаторные трубки ЗАО «Крисмас+» модели ТИ-[ИК-К] внесены в Государственный реестр средств измерений РФ (№ Госреестра 24321-13), а также Государственные реестры Республики Беларусь (№8895) и Республики Казахстан (№10029).

Среди наших постоянных партнеров в этой области такие компании как: Dräger (Германия); Kitagawa (Япония); Gastec (Япония); АО «НПФ «Сервек» (Россия); ЗАО «Промбезопасность».

Производство индикаторных трубок сложный и многостадийный процесс, требующий безусловного исполнения всех требований регламента их производства и высочайшей производственной дисциплины, так как от этого зависит количественный характер определения газа, осуществляемого по длине окрашенного столбика.

Все производимые ЗАО «Крисмас+» индикаторные трубки вот уже 30 лет успешно поверяются во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии имени Д.И. Менделеева.

В компании существует строгий внутренний контроль качества на всех этапах производства индикаторных трубок. Сама компания сертифицирована в системе менеджмента качества с 2013 года, что ежегодно подтверждает.

Индикаторными трубками комплектуются производимые ЗАО «Крисмас+» разнообразные газоопределители и экспресс-лаборатории, информацию о которых Вы найдете на соответствующих страницах нашего интернет-каталога.

Применение индикаторных трубок совместно с разработанными и производимыми ЗАО «Крисмас+» аспиратором насосом-пробоотборником НП-3М, зондом пробоотборным ЗП-ГХКМ и различными принадлежностями обеспечивает удобство, надежность и точность измерений, создает новое качество выполнения экспресс-анализов, превращая наборы индикаторных трубок в многокомпонентные химические газоопределители, состав которых в точности соответствует потребностям и измерительным задачам потребителя.

Аспиратор Насос-пробоотборник ручной НП-3М является оригинальной разработкой ЗАО «Крисмас+» и производится по КРМФ.418311.002ТУ, № патента 89701 от 10.12.2009.

Имеет свидетельство об утверждении типа СИ № 17949 от 03.06.2014, внесен в Госреестр средств измерений №18166-99, при выпуске проходит обязательную поверку в Федеральном бюджетном учреждении «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в г. Санкт-Петербурге и Ленинградской области» (ФБУ «Тест-С.-Петербург»).