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

Катионитами называют способные к обмену катио­ нов адсорбенты, содержащие сульфогруппы, карбо­ ксильные, гидроксильные группы и др.

Анионитами называют способные к обмену анионов

в растворе и на катионите, можно представить следую­ щей схемой:

R A n ~ H + -f- NaCl ^ R A n ~ N a + -f HCl

Обмен анионов на анионите происходит аналогично:

вижные анион и катион, связанные с твердым сорбентом. Применяемые в техническом анализе синтетические

кислотные, фосфорнокислотные и другие группы—КУ-1, КУ-2, СДВ-3. Эти катиониты способны к обмену ионов

сильные и другие группы,— КБ-2, КБ-4, КФУ, СГ-1. Эти катиониты способны к обмену ионов при р Н > 7 .

3.Сильноосновные аниониты, содержащие четвер­ тичные аммониевые или пиридиновые группы АВ-17, АВ-18, АВ-19, ЭДЭ-10П. Эти аниониты способны к обме­ ну ионов в кислой, нейтральной и щелочной средах.

4.Слабоосновные аниониты, содержащие аминогруп­ пы и пиридиновые основания АН-2Ф, АН-23 и др. Эти аниониты способны к обмену ионов при р Н < 7 .

Перед использованием промышленные иониты под­ вергают обработке раствором кислоты или щелочи.

При этом" если катионит содержит обменные ионы водорода его называют Н-формой катионита, если же он содержит катионы натрия, кальция и др.—солевой формой.

Соответственно анионит, содержащий гидроксидионы, называют ОН-формой анионита. Особенностью ионитов является их способность к многократной реге-

60

перации, т. е. к многократному восстановлению их ионо­ обменной способности. Количественный анализ заклю­ чается в проведении обменной реакции на колонках, за­ полненных соответствующим адсорбентом, и состоит из следующих операций: подготовка ионита для заполнения колонки, подготовка колонки, фильтрации анализируемо­ го раствора через слой ионита, анализ фильтрата, реге­ нерация ионита.

Подготовка ионита для заполнения колонки. Выпу­ скаемые промышленностью иониты часто бывают за­

ния. Затем катионит переносят в делительную воронку, промывают его пять раз не менее чем десятикратным (по объему) количеством 5%-ного раствора соляной

перемешивании. После этого катионит отмывают дистил­ лированной водой до нейтральной реакции по метилово­ му оранжевому. Обмытый катионит в Н-форме отфиль­ тровывают на воронке Бюхнера и подсушивают на воз­

тывают в делительной воронке 2%-ным раствором соля­ ной кислоты до полного удаления ионов Fe3 + (проба раствором роданина аммония) и исчезновения окраски фильтрата, промывают десятикратным количеством дис­

61

Перед работой анионит осушают фильтровальной бу­ магой.

Слабоосновной анионит подготавливают по методи­ ке сильноосновного анионита, с той лишь разницей, что

лить, пропуская через колонку снизу вверх струю воды. Когда слой ионита достигнет 18—20 см, кран закрыва­ ют и над зернами ионита помещают тампон из стекло­

62

Фильтрация анализируемого раствора. Перед нача­ лом определения следует проверить реакцию воды, вы­ текающей из колонки. Она должна быть нейтральной. В противном случае колонку необходимо дополнительно промыть водой. Затем через колонку пропускают анали­ зируемый раствор, поддерживая скорость вытекания жидкости из колонки 20—25 капель в минуту, и собира­ ют вытекающую жидкость в коническую колбу. После этого промывают колонку водой до нейтральной реакции, собирая промывную воду в ту же колбу и поддерживая ту же скорость вытекания жидкости из колонки. Необ­ ходимо следить за уровнем жидкости в колонке, не до­ пуская попадания воздуха в слой ионита.

Фильтрат титруют раствором щелочи или кислоты, придерживаясь режима, указанного в методике.

Регенерация ионита. Через колонку с катионитом про­

или щелочи не станет равна исходной, после чего колон­ ку промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции по метиловому оранжевому или фенолфталеину. При анализе колонку данного ионита можно использо­ вать для 10—12 определений без регенерации.

Полярографический анализ

Полярографический метод является одним из элект­ рохимических методов анализа, основанных на исполь­ зовании процессов поляризации на ртутном или другом электроде.

Этот метод был предложен для анализа в 1922 г. чешским ученым Я- Гейровским и в настоящее время широко применяется не только для проведения научноисследовательских работ, но и для аналитического конт­ роля различных производств, включая производство по­ лимеров. При полярографическом анализе не определяют количество продуктов реакции или количество затрачен­ ного реактива, а определяют зависимость между кон­ центрацией определяемого вещества, силой тока и на­ пряжением в процессе электролиза.

В испытуемый раствор опускают два электрода. Ха­ рактерной особенностью является соотношение поверхно­ стей применяемой пары электродов, близкое к 1 = 100.

63

Одним электродом, служит ртуть, вытекающая в иссле­ дуемый раствор капельками с постоянной скоростью из очень тонкого отверстия' стеклянной капиллярной трубки (капельный ртутный электрод). Вторым электродом служит слой ртути с большой поверхностью на дне элек­ тролитического сосуда (макроэлектрод). Электроды сое­ диняют с источником постоянного тока и постепенно повы­ шают напряжение. При этом наблюдают за изменением

На ртутном макроэлектроде, ввиду его большой по­ верхности, поляризация отсутствует (плотность тока

ртутного микроэлектрода и, следовательно, о восстано­ вительном или окислительном потенциале процесса, происходящего на микроэлектроде при данном значении приложенного напряжения.

При наличии в исследуемом растворе веществ, спо­ собных восстанавливаться на капельном ртутном катоде (при подаче на него отрицательного заряда) или окис­ ляться на капельном ртутном аноде (при подаче на него положительного заряда) в момент достижения для каж­ дого вещества характерного потенциала, сила тока быст­ ро возрастает.

Сила тока фиксируется для каждого значения при­

Качественный полярографический анализ основан на измерении напряжения, при котором наблюдается уве­ личение силы тока и электролитическое выделение того или другого иона. В качестве такого напряжения при­ нимают потенциал полуволны ЕУ2, представляющий со­ бой потенциал, при котором происходит возрастание

64

силы тока до половины предельного значения. Потен­ циал полуволны не зависит от концентрации деполяри­ затора, а зависит только от его природы.

Количественный полярографический анализ основан на том, что по мере увеличения напряжения сила тока, проходящего через раствор анализируемого вещества, увеличивается, а кривая поднимается. По достижении некоторой величины силы тока выделение вещества идет

а

Рис. 28. а — Кривая нахождения потенциала полуволны:

очень быстро и не успевает компенсироваться за счет диффузии. Поэтому дальнейшее повышение напряжения не приводит к росту силы тока, и кривая образует харак­ терный горизонтальный перегиб. Сила тока, соответству­ ющая высоте і п р (высота волны), называется предель­ ным током. Величина предельного тока пропорциональна концентрации вещества в растворе. Для количественно­ го полярографического анализа необходимо определить

прямые 4 я 5 я расстояние между ними принимают за

концентрацию исследуемого вещества в растворе опре­

скую кривую для определенного объема испытуемой про­ бы с неизвестным содержанием определяемого вещества и измеряют высоту волны кх(мм). Затем к такому же объему пробы прибавляют определенный объем станда­ ртного раствора определяемого вещества. Вновь снимают полярографическую кривую и измеряют высоту волны hx+a- По разности высот волн вычисляют содержание определяемого вещества в испытуемой пробе (х) в про­ центах по формуле

ahx • 100

где а — количество вещества, содержащегося в добав­ ленном стандартном растворе, г; hx — высота полярогра­ фической волны анализируемой пробы, мм; h x + a — высо-

66

та полярографической волны после добавки стандартно­ го раствора, мм; g— навеска испытуемой пробы, г.

Полярографы. Полярографическая установка пред­ назначена для получения кривых зависимости силы то­ ка, протекающего через полярографическую ячейку, от

проволока, вращается электромотором 6. По проволоке скользит контакт И, связанный с электролитической ячейкой 5. Одновременно с потенциометром вращается фотографический барабан 10; при каждом обороте барабана освещается щель и на фотобумагу наносится

67

время широко применяется для исследования полимер­ ных соединений. Потенциометрическое титрование отли­ чается от объемного классического метода тем, что ко­ нечная точка титрования (точка эквивалентности) опре­ деляется не по изменению окраски индикатора, а по значительному изменению разности потенциалов между двумя электродами — индикаторным электродом, потен­ циал которого изменяется с изменением концентрации ис­ следуемого вещества или реактива в растворе, и электро­

ного электрода в точке эквивалентности называют его «скачком». При потенциометрическом титровании тит­ рованный раствор приливают порциями при постоян­ ном перемешивании. После каждого приливания изме­ ряют э. д.с. цепи. В начале титрования раствор приливают большими порциями, а вблизи точки эквивалентности — по 0,1—0,05 мл.

Электрод сравнения и исследуемый раствор соединя­ ют с помощью электролитического моста, обеспечиваю­ щего электролитическую проводимость между электрод­ ными растворами, но препятствующего их взаимной диффузии. Электролитический мост представляет собой изогнутую, стеклянную трубку, заполненную агар-агаром,

на изменение концентрации определяемого иона в раст­ воре, применяют металл, потенциал которого зависит от концентрации его соли в растворе (например, серебро для определения концентрации ионов серебра); платину или другой инертный металл, потенциал которого изме­ няется главным образом в зависимости от концентрации

68

окислителей или восстановителей в растворе; электрод, потенциал которого зависит от концентрации водород­ ных ионов раствора (например, губчатый платиновый электрод, насыщенный водородом, или гладкий плати­ новый электрод в присутствии хингидрона, а также сурь­ мяный, стеклянный и другие электроды).

Индикаторный электрод подбирают в зависимости от типа реакций, лежащих в основе титрования, но во всех случаях он должен реагировать мгновенно. Потенциал электрода должен устанавливаться строго в соответст­ вии с концентрацией титруемых ионов.

Потенциал индикаторного электрода должен изме­ няться только в зависимости от концентрации одного из реагирующих компонентов.

Электродом сравнения, потенциал которого не изме­

участвующих в реакции веществ или ионов все-время из­ меняется, следовательно, изменяется и равновесный по­ тенциал индикаторного электрода. Если значения равно­ весного потенциала электрода, соответствующие различ­ ным моментам титрования нанести на график, то полу­ чится кривая титрования с резким изменением потенци­ ала электрода (скачок потенциала) в эквивалентной точке (см. рис. 32).

По скачку потенциала определяют конец титрования. Потенциометрический метод анализа позволяет ис­ пользовать все типы химических реакций, протекающих количественно: нейтрализация, окисление-восстановле­ ние, осаждение и др.; определять в одной пробе несколь­ ко совместно присутствующих веществ, не прибегая к их предварительному разделению; проводить различного рода титрования сильно окрашенных или мутных рас­ творов когда обычные цветные индикаторы непри­

менимы.

Существуют два метода потенциометрического титро­ вания: компенсационный и некомпенсационный.

Компенсационный метод. Этот метод является клас­ сическим методом измерения разности потенциалов э. д. с. гальванических элементов и описан вѳ многих учебниках.

69