книги из ГПНТБ / Гурова Т.А. Технический анализ и контроль производства пластмасс учеб. пособие для техникумов

1,540, справа — шкала процентного содержания сахара

светлой и темной частью поля зрения совпала с тремя черточками, нанесенными по диаметру окуляра. Отсчет на шкале прибора производить нельзя, если пограничная линия размыта и окрашена в разные цвета радуги. На ручке прибора находится приспособление в виде вин­ та-компенсатора 6, вращением которого добиваются яс­

После каждого определения призмы промывают ди­ стиллированной водой, спиртом и вытирают, фильтро­ вальной бумагой или чистой фланелевой тряпочкой. Протирать призмы следует очень аккуратно, так как стекло призмы легко может быть поцарапано. Нельзя также призмы трогать руками, чтобы не оставить на стекле жирных пятен.

Фотоколориметрия

Все вещества поглощают и отражают электромагнит­ ные лучи. Характер и величина поглощения и отраже­ ния света зависят от природы вещества и его концентра­ ции в растворе. Фотоколориметрия — это анализ, осно­ ванный іна измерении поглощения видимого света.

Приборы, используемые в фотоколориметрии, называ­ ются фотометрами или фотоэлектроколориметрами.

Колориметрический метод анализа применяют в ос­ новном для определения малых количеств веществ; кро­ ме того, с его помощью определяют вещество, находя­ щееся в смеси с другими веществами.

В основу колориметрического анализа положено свойство окрашенных растворов поглощать проходящий

50

зывают молярным коэффициентом погашения. Эта константа зависит от длины волны падающего света,

шедшего через раствор/к начальной интенсивности све­ тового потока /о называют пропусканием и обозначают Т:

'о

Величину Т, отнесенную к толщине слоя в 1 см, на­

с прозрачностью стандартных растворов известной кон­ центрации, причем концентрации двух визуально срав­ ниваемых растворов принято считать равными, если ин­ тенсивность их окраски одинаковая. Определение кон­

окраски стандартных растворов. Метод стандартных се­ рий дает возможность определить концентрацию с точ­

наковой окраски исследуемого раствора и воды, к ко­ торой постепенно добавляют стандартный (известной

51

концентрации) раствор. Титрование ведут из бюретки (рис. 22).

Концентрацию определяемого вещества рассчитыва­ ют по формуле

где Vi — объем стандартного раствора, пошедшего на титрование; Ѵ2 — объем исследуемого раствора, Т — титр стандартного раствора.

Метод уравнивания заключается в выравнивании ин­ тенсивности света, проходящего через анализируемый и стандартный растворы, изменением толщины слоя од­ ного из них. В результате для анализируемого и стан­ дартного растворов будут действительны следующи1 уравнения:

52

Разделив уравнение I на уравнение II, получим

Таким образом, концентрацию анализируемого раст­ вора можно определить по трем известным величинам: концентрации стандартного раствора и толщинам слоев стандартного и анализируемого растворов.

При определении методом уравнивания строят гра­ фик зависимости оптической плотности от концентрации, откладывая на оси абсцисс концентрацию, а на оси ор­ динат— оптическую плотность (рис. 23). Наклон пря­ мой зависит от величины молярного коэффициента пога­ шения.

При работе с фотоэлектрическими колориметрами уравнивания добиваются не только изменением толщины слоев растворов, но и изменением величины световых потоков.

Фотоэлектрический колориметр ФЭК-М. Работа при­ бора основана на оптической компенсации двух свето­ вых потоков при помощи диафрагмы. В качестве нуль-

тельные поверхности селеновых фотоэлементов 11 и 13. На пути одного пучка света поставлены круговые ней­ трально-серые клинья 9 и 10 (разной плотности), а на

Если величины световой энергии пучков, падающих на фотоэлементы, одинаковы, то стрелка гальванометра 12 стоит на нуле, поскольку э. д. с. возникающих фотото­ ков компенсируется. При нарушении оптического рав­ новесия стрелка гальванометра отклоняется в ту или другую сторону.

ровать положение лампы 4 при помощи нескольких вин­ тов. Под крышкой 2 находится узел светофильтров, ра­ сположенных на двух вращающихся секторах 3. Свето­ фильтры меняют вращением маховичка 11. Отделение для кювет, представляющее собой два углубления, куда

53

помещаются кюветодержатели 7, закрывается крышкой 5. На передней наклонной панели имеется окно 10 с лин­ зой для наблюдения за положением стрелки гальвано­ метра. Маховички 12 и 13, предназначены для изменения положения нейтрально-серых клиньев соответственно грубой и тонкой настройки. Ширина щелевой диафраг­ мы изменяется вращением барабанов 9, по шкалам 8

-12

Рис. 24. Оптическая схема фотоэлектри­

т о р о в и о б ъ е к т и в о в ; 3, 2/ — з е р к а л а ; 4, 20 — с в е т о ф и л ь т р ы ; 6, 8 — к ю в е т ы ; 8. 14 — п р и з м ы ; 9, 10 — с е р ы е о п т и ч е с к и е к л и н ь я ; / / , 13 — ф о ­ т о э л е м е н т ы ; 12 — г а л ь в а н о м е т р ; 16 — н о ж е в а я

д и а ф р а г м а ; 17 — о т с ч е т н ы й б а р а б а н

ности (красная шкала) или в процентах пропускания (черная шкала). Переключатель 14 в положении «О» размыкает цепь гальванометра, в положении «1» вклю­ чает его на малую чувствительность, в положении «2» — на максимальную чувствительность. За исключением мо­

54

чала измерений. Это обеспечивает устойчивый световой поток.

Пользуясь маховичком 11, устанавливают необходи­ мый светофильтр и проводят измерения одним из опи­ санных ниже способов. Для значительных оптических плотностей (^-0,5) на пути правого пучка света уста­ навливают кювету с окрашенным исследуемым раство­ ром, а на пути левого — с растворителем. На левой шка­ ле 8 оптических плотностей устанавливают положение «0» и включают гальванометр сначала на малую чувст­ вительность «1», а затем на большую «2». Стрелку галь-

Рис. 25. Внешний вид фотоэлектрического колориметра ФЭК-М:

1 — к о р п у с ; 2 — к р ы ш к а о т д е л е н и я с в е т о ф и л ь т р о в ; 3 — с е к т о р ы со

13 — м а х о в и ч о к с е р о г о к л и н а г р у б о й н а с т р о й к и ; 14 — п е р е к л ю ч а ­ т е л ь ч у в с т в и т е л ь н о с т и

ванометра ставят на «0». Отключив гальванометр (пе­ реключатель 14 на нуле), заменяют кювету с исследуе­ мым раствором кюветой с водой. Включив гальванометр в положение «1», а затем в положение «2», вновь уста­ навливают стрелку на нуль, но уже с помощью диаф­ рагмы, вращением барабана 9. Отсчет делают по левой шкале.

Для измерения с большой точностью малых оптиче­ ских плотностей (<0,5) последовательность операций меняется. Вначале на пути лучей устанавливают кюветы с водой и правую шкалу вращением барабана 9 приводят

55

к отметке «О». После включения гальванометра его стрелку возвращают на нулевое деление с помощью маховичков 13 и 12 серых клиньев. Отключив гальвано­ метр, па пути правого луча ставят кювету с исследуе­ мым раствором, а стрелку после включения гальваномет­ ра возвращают в положение «О» вращением барабана 9.

Отсчет в этом случае делают по правой шкале.

Хроматография

Принцип хроматографических методов анализа со­ стоит в разделении смесей веществ на их компоненты за счет различия в их физических или химических свой­ ствах, влияющих на распределение веществ между дву­ мя фазами. Распределение происходит в процессе пере­ мещения подвижной фазы относительно неподвижной.

Метод хроматографии был открыт русским ученым М. С. Цветом в 1903 г. Однако хроматографические ме­

фия основана на избирательной адсорбции одного или нескольких веществ из раствора под действием межмо­ лекулярных сил.

Ионообменная хроматография использует различие констант обмена ионов между раствором и ионообмен­ ным адсорбентом.

Распределительная хроматография основана на яв­ лении распределения растворенного вещества между двумя несмешивающимися жидкими фазами.

Осадочная хроматография основана на неодинаковой растворимости труднорастворимых соединений, образу­ емых компонентами разделяемой смеси с осадителем.

Адсорбционная (газо-жидкостная) хроматография.

Это наиболее современный, быстрый и точный метод технического анализа. В последнее время он получил большое распространение как метод контроля в хими­ ческой промышленности в связи с развитием автомати­ зации производства.

56

Адсорбционная хроматография дает возможность анализировать смеси, содержащие большое количество компонентов, разделять компоненты, близкие по свой­

в разделении компонентов исследуемой смеси за счет распределения их между неподвижной жидкой фазой, нанесенной на твердый носитель, и подвижной фазой — газом-носителем. При пропускании через хроматографическую колонку, заполненную жидким сорбентом, инер­ тного газа (носителя), в поток которого введена анализируемая проба, ее отдельные компоненты, вследст­ вие различия в степени удержания их жидким сорбен­ том, передвигаются вдоль колонки с различными ско­ ростями. Несорбирующиеся компоненты выходят из ко­ лонки первыми.

Наблюдение за выходом из колонки отдельных ком­ понентов смеси осуществляется с помощью прибора, на­ зываемого детектором, который по изменению какого либо свойства газа-носителя (например, теплопроводно­ сти) фиксирует наличие в нем того или иного вещества. Показание детектора фиксируется с помощью автомати­ ческого самописца в виде хроматографических кривых, по которым определяют наличие и концентрацию отдель­ ных компонентов в анализируемой пробе. Из отечествен­ ных хроматографов, используемых для анализа газооб­ разных и жидких веществ, применяются следующие: лабораторный хроматограф ХЛ-3 предназначен для ана­ лиза неуглеводородных и углеводородных газов и жидких углеводоров с температурой кипения не выше 180° С; ла­ бораторный аналитический хроматограф ХЛ-4 предназна­ чен для анализа неуглеводородных газов, газообразных и жидких углеводородов с температурой кипения до 250° С; универсальный хроматограф типа УХ-1 предназ­ начен для анализа газообразных и жидких* смесей орга­ нических соединений с температурой кипения до 300°С.

Устройство хроматографа ХЛ-4. Прибор состоит из хроматографической колонки, детектора, системы пита­ ния прибора газом-носителем и измерительного устрой­ ства.

На рис. 26 изображена схема прибора. Газ-носитель поступает из баллона / / под давлением 150 кГІсм2. При помощи редуктора 10 его давление понижается до

57

1,5—2 кГ/см2, с помощью игольчатого дросселя 8 уста­ навливают необходимый расход газа-носителя, контро­ лируемый ротаметром 7. После ротаметра газ проходит через сравнительную ячейку детектора 5 и поступает в кран-дозатор /, имеющий два положения: в одном про­ исходит забор пробы, в другом — продувка ее газом-но­ сителем в колонку 4. Доза отбирается в дозированный объем 2, укрепляемый на кране-дозаторе. В зависимо­ сти от задач анализа размер пробы исследуемого газа

ч

Рис. 26. Схема хроматографа ХЛ-4:

/ — к р а н - д о з а т о р ; 2— д о з и р о в а н н ы й О б ъ е м ; 3 — и с п а р и ­ т е л ь ж и д к о й п р о б ы ; 4 — к о л о н к а ; 5 — д е т е к т о р ; 6 — з м е е ­ в и к ; 7 — р о т а м е т р ; 8 — д р о с с е л ь г а з а ; 9 — о с у ш и т е л ь ; 10 — р е д у к т о р ; / / — б а л л о н ; 12 — и з м е р и т е л ь н о е у с т р о й ­

ство

может быть 1, 2 и 5 мл, что достигается установкой со­ ответствующего дозированного объема. С помощью крана-дозатора отбирается только газовая проба, а жид­ кая проба вводится через резиновую мембрану испари­ теля 3 специальным микрошприцем. Введенная проба проходит испаритель жидкой пробы и увлекается пото­ ком газа-носйтеля в колонку, где и разделяется в паро­ вой фазе.

Хроматографическая колонка состоит из U-образных звеньев, соединенных между собой переходными трубка-

58

Принцип действия его основан на измерении теплопро­

блок из нержавеющей стали, в котором находятся две

ми моста постоянного тока. Мост питается от стабилиза­ тора напряжения, расположенного в измерительном устройстве.

При прохождении через обе камеры газа-носителя условия теплопередачи от термосопротивления к стен­ кам камеры практически одинаковы. В это время уста­ навливается баланс мостовой схемы и нулевое положе­ ние каретки самопишущего прибора.

Как только в измерительную камеру начнет посту­ пать бинарная смесь, теплопроводность которой отли­ чается от теплопроводности чистого газа-носителя, изменяется температура, соответственно изменяется и соп­ ротивление, что вызывает разбаланс моста. Прохожде­ ние через детектор бинарной смеси будет записано са­ мописцем в виде пика, площадь которого пропорциональ­ на концентрации компонента в анализируемой смеси. Содержание отдельных компонентов рассчитывают по хроматограмме различными методами, из которых наи­

хроматографии происходит многократный обмен между ионами раствора и адсорбента (ионита). Иониты пред­ ставляют собой твердые синтетические смолы, не раст­ воримые в воде и органических растворителях, способ­ ные к обмену ионов. Химическая активность ионитов

59