книги из ГПНТБ / Гусев В.П. Технический анализ при отделке тканей и трикотажных изделий учебник

фильтры 5 и 5', линзы 6 и 6' и кюветы 7 и 7' с растворами. Све­ товые потоки, прошедшие кюветы, с помощью линз 8 и 8' и призм 9 и 9' направляются на фотоэлементы 10 и 10'. На пути правого

Рис. 13. Схема фотоэлектроколориметра ФЭК-М

луча установлена щелевая диафрагма 11, связанная с измеритель­

(рис. 14), вынесенными на лицевую панель фотоэлектроколори­ метра.

Фотоэлементы подключены к гальванометру 15 (см. рис. 14) по дифференциальной схеме, так что при равенстве световых по­

100

токов, падающих на фотоэлементы, когда возникающие в них фо­ тотоки будут равны, стрелка гальванометра будет стоять на нуле. Гальванометр подключают к приборным гнездам 18.

Для включения гальванометра и переключения его на боль­ шую или меньшую чувствительность служит рукоятка 19.

Прибор имеет находящиеся на одной оси два измерительных

тичный логарифм отношения интенсивности падающего на раствор светового потока Іо к интенсивности светового потока /, выходя­ щего из раствора:

D = l g A .

К о э ф ф и ц и е н т о м с в е т о п р о п у с к а н и я называют отно­ шение интенсивности света, прошедшего через раствор, к интенсив­ ности падающего света:

На шкале прибора эти коэффициенты даны в процентах (т%). Между делениями обеих шкал барабанов существует зависи­

мость:

D = l g ^ .

Шкала светопропускания на левом барабане нанесена так, что 100% светопропускания соответствуют максимальному раскры­ тию щелевой диафрагмы, а 0 % — ее полному закрытию. Шкала правого барабана градуирована иначе— 100% светопропускания для нее соответствуют минимальному раскрытию щелевой диаф­ рагмы, а 0% — максимальному.

Обычно при колориметрических определениях, особенно пред­ варительных, пользуются шкалой левого барабана. Измерения с помощью правого барабана проводят, когда оптическая плот­ ность не превышает 0,5 и требуется повышенная точность изме­ рений.

Для увеличения точности измерений в приборе имеются два сектора с вмонтированными в каждый из них четырьмя свето­ фильтрами: нейтральным, зеленым, синим и красным. Переключе­ ние светофильтров на пути пучков света проводят рукояткой 22

(см. рис. 14).

К прибору прилагают по четыре кюветы на каждую рабочую длину. Рабочие длины кювет: 50, 30, 20, 10, 5, 3 и 1 мм (всего 28 кювет). На пути пучков света установлены два держателя кювет 23 и 24, каждый из которых имеет три гнезда для установки кювет. Держатели вращаются на оси и закрепляются в трех положениях.

101

Световые пучки с помощью рукоятки 25 можно закрывать не­ прозрачной шторкой.

Прибор питается от сети переменного тока через феррорезонанс­ ный стабилизатор напряжения СТН 56-220/86.

Фотоэлектрический колориметр-нефелометр ФЭК-Н-57 по срав­ нению с ФЭК-М имеет большее количество светофильтров и более высокую чувствительность за счет включения фотоэлементов че­ рез усилитель.

Фотоэлектрический колориметр-нефелометр ФЭК-2-56 имеет также больше светофильтров, чем ФЭК-М, и высокую чувствитель­ ность, а, кроме того, оптика ФЭК-2-56 позволяет работать в ульт­ рафиолетовой области спектра с применением ртутно-кварцевой лампы. Нольинструментом в этом приборе служит индикаторная лампа, сектор освещенности которой при равенстве фототоков смыкается, а при неравенстве — размыкается. Для компенсации фототоков в ФЭК-2-56 имеются диафрагмы, связанные с градуиро­ ванными измерительными барабанами.

Определение оптической плотности растворов на фотоэлектро­ колориметре ФЭК-М проводят в следующей последовательности:

1.Перед включением прибора в сеть проверяют установку ру­ коятки чувствительности гальванометра на нулевое положение и нулевое положение стрелки гальванометра. При необходимости стрелку гальванометра устанавливают на нуль с помощью кор­ ректора.

2.Через стабилизатор включают осветитель прибора и остав­ ляют стабилизатор на 15 мин для достижения постоянной темпе­ ратуры. Проверяют установку осветителя, для чего, открыв шторку, прикрывают линзы папиросной бумагой. При правильной установке линз на папиросной бумаге будут видны четкие изобра­ жения нитей лампы. Установку осветителя регулируют с помощью регулировочных винтов.

3.При работе с темными, мало прозрачными растворами поль­

зуются кюветами с рабочей длиной 1—5 мм, а при работе с про­ зрачными растворами — с рабочей длиной 30—50 мм. При изме­ рениях с помощью левого барабана кюветы должны быть подоб­ раны так, чтобы величины оптической плотности растворов были в пределах 0,3—0,8, а при измерениях по шкале правого бара­ бана — 0,15—0,50.

В одну кювету помещают исследуемый раствор, в две другие— растворитель или нулевой раствор (растворитель со вспомогатель­ ными веществами, которые вместе с ним вводятся в исследуемый раствор).

В каждую кювету раствор наливают до метки на ее боковой грани. В левый держатель устанавливают кювету с растворителем, а в правый, в одно гнездо — кювету с растворителем, а в другое — кювету с исследуемым раствором. Кюветы с летучими веществами или с агрессивными жидкостями закрывают крышками. Не следует брать кюветы пальцами за торцевые грани, через которые прохо­ дят пучки света.

102

4. Для выбора светофильтра производят измерение с разными светофильтрами оптических плотностей двух растворов исследуе­ мого вещества, отличающихся друг от друга по концентрации примерно на 10%■ Выбирают светофильтр, при котором разность величин оптических плотностей этих растворов будет наибольшей.

5. При измерении оптической плотности с помощью левого барабана держатели кювет устанавливают так, чтобы в правый

танавливают на нулевое деление оптической плотности. Откры­ вают шторку на пути световых потоков и медленно поворачивают рукоятку регулятора чувствительности гальванометра до положе­ ния 1 (см. рис. 13) и с помощью рукоятки оптического клина для грубой настройки возвращают стрелку гальванометра в нулевое положение, а затем рукоятку регулятора чувствительности дово­ дят до положения 2 и рукояткой оптического клина точной на­ стройки стрелку гальванометра возвращают к нулю. Гальванометр выключают и на пути правого пучка света вместо кюветы с рас­ твором ставят кювету с растворителем. Медленно включают регу­ лятор чувствительности гальванометра до первого положения его и, вращая измерительный барабан, возвращают стрелку гальвано­ метра в нулевое положение, а затем регулятор чувствительности доводят до второго положения и осторожным вращением барабана окончательно устанавливают стрелку гальванометра на нуль. Вы­ ключают гальванометр и производят отсчет оптической плотности по шкале левого барабана.

6. При измерениях с помощью правого барабана на пути све­ товых потоков помещают кюветы с растворителем и шкалу пра­ вого барабана устанавливают на нуль оптической плотности. Медленно включают гальванометр до первой чувствительности и рукояткой клина грубой настройки устанавливают стрелку гальва­ нометра на нуль.

Включают гальванометр до второй чувствительности и руко­ яткой клина точной настройки стрелку гальванометра возвращают снова в нулевое положение. Выключают гальванометр и на пути правого пучка света вместо кюветы с растворителем ставят кювету с раствором.

Включая гальванометр до первой чувствительности, вращением измерительного барабана подводят стрелку гальванометра к нулю, а затем регулятор чувствительности доводят до положения 2 и осторожным вращением барабана устанавливают стрелку гальва­ нометра в нулевое положение. Выключают гальванометр и произ­ водят отсчет оптической плотности по шкале правого барабана.

Техника работы на приборах ФЭК-Н-57 и ФЭК-2-56 несколько отличается от работы на ФЭК-М.

Перед выполнением измерений на ФЭК-Н-57 необходимо про­ вести проверку «электрического нуля» прибора путем установле­ ния на нуль гальванометра с помощью рукоятки потенциометра прибора после того, как прибор прогрет. Гальванометр в ФЭК-Н-57

103

имеет четыре ступени переключения чувствительности. Большую чувствительность можно включать после того, как при меньшей чувствительности стрелка гальванометра будет установлена на нуль. Прибор имеет специальную рукоятку для переключения его на колориметрические или нефелометрические измерения.

В фотоэлектроколориметре ФЭК-2-56 компенсация • фототоков проводится путем вращения измерительных градуированных бара­ банов, связанных с диафрагмами и укрепленных каждый на от­ дельной оси. При работе на этом приборе на пути левого пучка света ставят кювету с растворителем, а на пути правого — кювету с исследуемым раствором. Вращением левого барабана добиваются смыкания секторов индикаторной лампы. Затем на пути правого светового потока помещают кювету с растворителем и вращением правого барабана добиваются смыкания секторов индикаторной лампы. По шкале правого барабана отсчитывают оптическую плот­ ность раствора.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ В ВОДЕ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА РОДАНИДНЫМ МЕТОДОМ

Метод основан на определении железа путем колориметрирования окрашенных растворов, содержащих железороданидные комплексы.

В кислой среде ионы трехвалентного железа образуют с рода­ нид-ионами ряд окрашенных железороданидных комплексов с ко­ ординационными числами 1—6. Преобладание в растворе того или другого комплекса зависит от избытка в растворе роданидиона. При большом избытке этих ионов образуются комплексы с большими координационными числами. При концентрации из­

бытка роданид-ионов 4 -ІО-2 г-ионов/л большая часть ионов трех­ валентного железа образует нейтральную молекулу Fe(CNS)3- При более высокой концентрации роданида раствор будет содержать значительные количества тетрароданид-ионов [Fe(CNS)4] ' и пента­

роданид-ионов [Fe (CNS)5]2""'

Для получения железороданидных комплексов используют ре­ акцию взаимодействия ионов трехвалентного железа с роданидом калия или аммония

Fe3++3CNS“ £ Fe (CNS)3.

Роданид аммония часто содержит примесь тиомочевины, вос­ станавливающей железо до двухвалентного, поэтому предпочти­ тельнее применять роданид калия.

Для перевода ионов двухвалентного железа в трехвалентное и для предупреждения восстановления ионов трехвалентного же­ леза в раствор вводят окислители (азотную кислоту, персульфат аммония, перекись водорода), из которых наилучшим является персульфат, наиболее эффективно препятствующий восстановле­ нию ионов трехвалентного железа в двухвалентное под действием

104

роданид-ионов. Для подавления гидролиза солей трехвалептного железа добавляют достаточное количество кислоты (лучше азот­ ной, если она не содержит азотистую кислоту).

Определению железа в виде роданида мешают вещества, кото­ рые связывают трехвалентное железо в комплексы (например, хлориды, фториды, фосфаты), восстановители, переводящие трех­ валентное железо в двухвалентное (сульфид-, сульфит-, йодидионы), окислители, вызывающие окисление и разрушение роданидионов (например, перекись водорода, азотная кислота), а также вещества, образующие с роданид-ионами окрашенные соединения (например, азотистая кислота).

Влияние хлоридов и других комплексообразующих ионов, а также окислителей можно уменьшить, вводя в раствор избыток роданида. Действие восстановителей уменьшают введением окис­ лителей. Возможное влияние примесей, вызывающих окраску рас­ твора, исключают, проводя параллельное измерение оптической плотности контрольного раствора, не содержащего соединений железа.

Окрашенные растворы железороданидных комплексов не стой­ ки из-за окислительных и восстановительных процессов, протека­ ющих между находящимися в растворе веществами, а поэтому колориметрирование этих растворов следует проводить сразу после их приготовления.

При анализе применяют следующие реактивы:

соляную кислоту 15%-ный раствор или азотную кислоту, х. ч. не содержащую азотистой кислоты, 10%-ный раствор;

персульфат аммония 5%-ный раствор; роданид аммония или роданид калия 30%-ный раствор;

железо-аммонийные квасцы, основной стандартный раствор концентрации 100 мг железа в 1 л (0,1 г/л). Для получения его растворяют 0,8634 г х. ч. прозрачных железоаммонийных квасцов в дистиллированной воде в мерной колбе емкостью 1 л, добав­ ляют 5 мл концентрированной серной кислоты и доводят объем раствора до метки.

Железо-аммонийные квасцы, вспомогательный стандартный раствор концентрации 10 мг железа в 1 л (0,01 г/л). Для его по­ лучения 10 мл основного стандартного раствора разбавляют дис­ тиллированной водой в мерной колбе на 100 мл. Раствор готовят перед использованием.

Приготовление эталонных растворов и построение калибровоч­ ного графика. Эталонные растворы готовят в мерных колбах емкостью 50 мл, для чего в отдельные колбы вносят 0,5; 1; 2; 3; 4; 5 и 6 мл вспомогательного стандартного раствора железо-аммо­ нийных квасцов концентрации 10 мг/л ионов железа. В каждый раствор добавляют по 3 мл 15%-ного раствора соляной кислоты, 1 мл 5%-ного раствора персульфата аммония (или вместо этих веществ 3 мл 10%-ного раствора азотной кислоты), а затем вво­ дят 4 мл 30%-ного раствора роданида аммония или роданида калия. Объемы растворов доводят дистиллированной водой до

105

меток. Параллельно готовят контрольный раствор, не содержащий ионов железа.

Через 5 мин после приготовления измеряют на фотоэлектро­ колориметре величины оптической плотности эталонных и кон­ трольного растворов по отношению к воде в кюветах с рабочей длиной 50 мм, пользуясь синим светофильтром (400—450 нм). Из величины оптической плотности эталонных растворов вычитают величину оптической плотности контрольного раствора.

Пользуясь полученными данными, строят график, откладывая по оси ординат величины оптической плотности, а по оси абсцисс —

ность при колориметрическом определении железа в виде роданидов достигается при концентрации ионов железа в исследуемом растворе в пределах 0,4—2 мг/л. Поэтому при концентрации ионов железа в воде ниже 0,4 мг/л следует повысить их концентрацию пу­ тем выпаривания части воды, а при концентрации железа выше 2 мг/л воду перед исследованием разбавляют в большей степени, чем при концентрации ионов железа в пределах 0,4—2 мг/л.

Для анализа воды, содержащей меньше 0,4 мг/л ионов железа, в коническую колбу емкостью 500 мл отбирают 100 мл исследуе­ мой воды и подкисляют ее 0,1 н. раствором соляной кислоты до слабокислой реакции по метиловому оранжевому, определив пред­ варительно в отдельной пробе необходимый объем кислоты для подкисления 100 мл воды в присутствии 2—3 капель 0,1%-ного раствора метилового оранжевого. Затем воду в колбе выпаривают нагреванием до остаточного объема 20—25 мл, охлаждают и через воронку переносят в мерную колбу емкостью 50 мл. В мерную колбу вносят также 3 мл 15%-ного раствора соляной кислоты,

106

1 мл 5 % -н о г о раствора персульфата аммония (или вместо этих растворов 3 мл 10%-ного раствора азотной кислоты) и добавляют 4 мл 30%-ного раствора роданида аммония или роданида калия.

Коническую колбу ополаскивают двумя-тремя порциями ди­ стиллированной воды (не более 5 мл каждая), перенося их затем в мерную колбу. Объем раствора в мерной колбе доводят дистил­ лированной водой до метки.

При анализе воды, содержащей больше 0,4 мг/л ионов железа, в мерную колбу емкостью 50 мл вводят отмеренный пипеткой объем воды:

Затем в колбу добавляют 3 мл 15%-ного раствора соляной кислоты, 1 мл 5%-ного раствора персульфата аммония (или вместо этих растворов 3 мл 10%-ного раствора азотной кислоты) и вносят 4 мл 30%-ного раствора роданида аммония или роданида калия. Объем раствора доводят дистиллированной водой до метки. Параллельно готовят контрольный раствор, заменяя исследуемую воду дистиллированной.

Через 5 мин после приготовления измеряют на фотоэлектро­ колориметре величины оптической плотности исследуемого и конт­ рольного растворов по отношению к плотности воды при синем светофильтре, используя кюветы с рабочей длиной 50 мм.

Из величины оптической плотности исследуемого раствора вы­ читают величину оптической плотности контрольного раствора и по калибровочному графику находят концентрацию ионов железа в колориметрируемой растворе.

Содержание ионов железа в воде рассчитывают по уравнению

'г _ Г«Vк

Ѵо ’

где ГІ(— концентрация ионов железа в колориметрируемой рас­ творе, найденная по калибровочному графику;

Ѵк — объем мерной колбы, в которой производилась подго­ товка воды к колориметрированию;

Ѵо— объем воды, взятой на исследование.

Определение активной реакции воды

Активную реакцию воды характеризуют величиной водородного показателя, который можно определить потенциометрическим или колориметрическим методами.

107

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Потенциометрическое определение величины pH, основанное на измерении потенциала электрода, погруженного в анализиру­ емый раствор, производят с помощью лабораторных рН-метров — потенциометров. При измерении величины pH применяют потен­ циометры двух типов: 1) измеряющие разность потенциалов без усиления тока при его поступлении к гальванометру; 2) с измери­

тельной системой, имеющей усили­ тель тока перед поступлением его

кгальванометру.

Кприборам первого типа отно­ сятся потенциометры постоянного

тока (П-4, ПК-4, Р-307, ППТВ и др.), а к приборам второго типа — потен­ циометр АП-5 и pH-метры ЛП-58, ЛПУ-01, ППМ-ОЗМІ. Измеритель­ ным прибором pH-метра является потенциометр, а датчик его имеет индикаторный электрод, погружае­ мый в исследуемый раствор, и элек­ трод сравнения.

В качестве индикаторных элек­ тродов при измерении pH потенцио­ метрами с усилителями обычно пользуются стеклянными электрода­ ми, которые по сравнению с другими электродами (платиновым, хингидронным, водородным) относитель­ но просты в обращении, дешевы, способны быстро устанавливать по­ тенциал. Недостатками стеклянных электродов являются их хрупкость,

чувствительность к щелочам и наличие потенциала асимметрии, не связанного с pH раствора и зависящего от свойств и толщины

pH <8,5 — хингидронный электрод.

Электродами сравнения в pH-метрах чаще всего служат хлорсеребряные, каломельные и ртутносернокислые электроды.

Лабораторный pH-метр ЛПУ-01 с датчиком ДЛ-1 имеет (рис. 16) корпус pH-метра 1, в котором сосредоточена измеритель­ ная система, электронный усилитель и органы управления прибо­ ром, выведенные на переднюю панель. Шкала прибора градуиро­ вана в единицах pH и в милливольтах. Датчик прибора имеет измерительный стеклянный электрод 2, погружаемый в сосуд 3 с контролируемым раствором, и проточный впомогательный хлорсеребряный электрод 4, ввернутый в дно полиэтиленового сосуда 5, заполненного насыщенным раствором хлорида калия. Этот рас-

108

хвор при работе прибора медленно вытекает из полиэтиленового сосуда в контролируемый раствор через резиновую трубку 6 и на­ конечник 7 с пористой перегородкой 8, что обеспечивает контакт вспомогательного электрода с контролируемым раствором.

Определение pH воды с помощью pH-метров дает погрешность, не превышающую 0,1 единицы pH.

При определении пользуются следующими реактивами: стандартными буферными растворами, которые выпускают

в виде набора фиксанолов для pH-метрии, рассчитанных каждый

воды дополнительно проверяют pH-метр по стандартному раствору с близким значением pH, например по раствору с pH = 6,88. Элек­ троды прибора тщательно промывают дистиллированной водой и удаляют с них воду фильтровальной бумагой.

Перед определением pH проба воды должна принять темпера­ туру, близкую к комнатной, для чего воду выдерживают в лабора­ тории в закрытой склянке около 20 мин. Затем электроды датчика прибора погружают в воду, налитую в стаканчик и производят измерение на приборе согласно правилам, указанным в инструк­ ции для данного рН-метра.

Вода имеет обычно малую буферную емкость, поэтому уста­ новка показаний измерительного прибора на постоянную величину происходит за время не менее 1 мин.

творов разных кислотно-основных индикаторов или бумаги, про­ питанной растворами этих индикаторов.

Для приближенного определения pH (с точностью около одной единицы) пользуются растворами универсальных индикаторов или универсальными индикаторными бумажками, пропитанными растворами этих индикаторов.

Универсальный индикатор представляет собой смесь индикато­ ров, подобранных так, что окраска их смеси в широком интервале бывает различной при разных значениях pH.

Более точное колориметрическое измерение величины pH (с точностью до 0,2 единицы pH) проводят методом стандартных серий, при котором обычно применяют несколько одноцветных ин­ дикаторов — нитрофенолов, имеющих различную интенсивность желтой окраски при разных значениях pH. В качестве эталонов при этом методе используют серию стандартных буферных раство­ ров, в каждый из которых введено точное количество раствора определенного индикатора. Окраски таких растворов устойчивы и

109