UV-VIS 분광기를 이용한 자동차 배기 가스의 NO_x 측정

이 실험에서는 다양한 브랜드의 자동차 배기 스트림에서 NO_x의 농도가 두 번(시동 시 및 10분 후) 배기에서 NO_x를 제거하는 자동차의 촉매 변환기 의 능력을 연구합니다. 촉매 변환기는 효과가 높은 온도가 필요합니다. 따라서, 자동차의 시동 시 배기의 측정은 촉매 변환기가 작동하지 않고 배기에서 NO_x의 양을 나타낸다. 10분 후 배기의 측정은 촉매 변환기가 효과가 있는 후 배기시 NO_x의 양을 나타낸다.

NO_x 농도는 황자닐산의 다이아호화와 N-(1-naphthyl)-에틸렌디아민과 반응하여 색으로 결정되며, 550nm에서 설정된 UV-VIS 분광계를 사용하여 생성된 아조 염료 분자의 색 강도를 측정한다.

용액에서 NO 및 NO_2는 NO_2를형성하기 위해 다음과 같은 반응을 겪습니다^.

2 NO_{2 (g)} + H₂O_(l) → 2H⁺_(aq) + NO₂^-_(aq) + NO₃^-_(aq)

4NO_(g) + O_{2 (g)} + 2 H₂O_(l) → 4 NO₂^-_(aq) + 4 H⁺_(aq)

NO_2와 NO₂사이의 예상 비율은 이전에 나열된 첫 번째 방정식에 따라 2:1이지만 경험적으로 1.39:1로 결정되었습니다.

황파닐산과 N-(1-나프틸)-에틸렌디아민이 용액에 첨가되면 분홍색 색 분자가개발(도 2).

이 분홍색 색 분자의 농도는 용액에서 NO_x의 농도에 직접 비례합니다. 아조 염료 분자의 농도는 550 nm에서 설정된 UV-VIS 분광계를 사용하여 측정된다.

UV-VIS 분광법은 폭 b(cm)의 투명한 용기에 보관된 용액의 흡광도(A)를 측정한 것입니다. 흡수 종의 농도는 다음 방정식에서 볼 수 있듯이 흡수도에 직접 비례합니다.

A = b c

어금니 의욕이 있는 곳은 어디입니다. 이 방정식은 맥주의 법칙이라고합니다. 어금니 흡수성은 물질이 주어진 파장에서 빛을 흡수하고 주어진 물질에 대한 일정얼마나 강하게 측정합니다.

용액의 흡광도를 측정하기 위해, 강도_Io를 가진 빛의 광선은 큐벳(도3)의용액을 목표로 한다. 진입 빔(I_o)과신흥 빔(I)의 강도는 측정되고 흡광도는 다음과 같습니다.

그림 2. 황파닐산과 N-(1-나프틸)-에틸렌디아민이 용액에 첨가될 때 발생하는 분홍색 분자.

그림 3. 큐벳의 용액을 겨냥한 강도 이오와 빛의 광선.

표 2는 적절한 결과의 예를 제공합니다. 표준 용액의 흡광도 측정을 사용하여, 흡광도 대_2의농도의^플롯을 만들 수 있습니다(그림 4). 그런 다음 데이터의 가장 적합한 라인을 결정할 수 있습니다. 표준 곡선의 가장 적합한 라인을 사용하여 NO_2의농도^- 각 알 수없는 용액 (μg /mL)에서 계산 할 수 있습니다. 이 값은 다음 방정식을 사용하여 배기 기체 샘플에서 NO_2의 농도로 변환할 수 있습니다.

이전에 본 H 2 O에서 NO_2의 균형 잡힌 방정식을 기반으로 2 mol NO₂/1 mol NO₂^- 비율이 예상됩니다. 경험적 실험에서, 그것은 1.39:1 비율에 가까운 것으로 밝혀졌다. 사용된 용액의 부피는 25mL였다. 가스 샘플의 부피는 35mL이었다.

계산된 NO_2의 농도는 실제로 배기샘플(표 3)의모든 NO_X를 나타낸다. ppmV와 μg/L 간의 변환 방정식은 샘플이 수집된 온도와 압력에 따라 달라집니다. 변환 방정식은 다음과 같다.

어디 R = 범용 가스 상수 = 0.08206 atm· L/몰· K, P = 대기압 Atm, T = K의 온도 및 MW = 분자량 NO_x (NO₂₎= 46.01 g/mol. 그러므로

Atm에 K와 P에 T를 입력하는 것이 중요합니다.

표 2. 흡수의 대표적인 결과와 데이터 테이블.

그림 4. 흡광도 의 표준 곡선 플롯 vs. NO_2의농도^-.

표 3. 차량당_{NO x} 농도(ppm).

수정된 Saltzman 반응을 사용하여 아질산염의 측정은 많은 다른 분야에서 매우 일반적이고 유용합니다. 설명한 바와 같이, 이 방법은 자동차 배기, 실험실 실, 도시의 공기 질 등 공기 샘플에서 NO_x 농도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 또한,이 방법은 담배 연기에서 NO_x를 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다. 시술은 주사기에 자동차 배기가스를 그리는 대신 담배 연기가 그려지는 것을 제외하고는이 실험과 매우 유사할 것입니다. 종종 많은 사람들에게 놀라운 경향이 자동차의 단부 파이프에서 나오는 것보다 담배 연기에 NO_x의 높은 농도가있다. 담배 연기에서 NO_x의 일반적인 값은 500-800 ppm범위입니다.

이 방법은 또한 질화 박테리아의 존재에서 생성 된 질산염의 수준을 테스트하는 데 사용할 수 있습니다. 질화 박테리아는 토양과 물에서 찾아내고 질소 주기에서 중요한 역할을 합니다 - 암모니아를 질산염으로 산화한 다음 질산염. 샘플내의 질산염은 먼저 효소 질산염 환원효소에 의해 질산염으로 변환된다. 그런 다음 아질산염은 수정된 솔츠만 반응을 사용하여 측정됩니다. 마지막으로, 이 방법은 식품에서 질산염과 아질산염의 농도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 아질산염과 질산염은 주로 육류와 육류 제품을 보존하기 위해 식품에 첨가됩니다. 경화 육류의 아질산염의 일반적인 값은 약 125 μg/mL입니다.