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

растворим в воде, но не растворяется в хлороформе. Анионактивные вещества, за исключением мыла, образуют с метиленовым го­ лубым комплексы, растворимые в хлороформе, а катионактивные, вступая во взаимодействие с анионактивными веществами, препят­ ствуют образованию таких комплексов. Неионогенные вещества и мыла не влияют на распределение метиленового голубого в водно­ хлороформных слоях.

Неионогенные вещества можно открыть с помощью цветных ре­ акций взаимодействия этих веществ с подкисленным раствором ме­ таполового желтого пли с раствором кобальтиизоцианата, а также по помутнению растворов некоторых из этих веществ при нагре­ вании.

Анионактивные вещества можно обнаружить по изменению ок­ раски щелочного раствора тимолового синего или по выделению осадка при взаимодействии их с растворами катионактивных ве­ ществ. Мыла обнаруживают по помутнению их растворов при под­ кислении.

Присутствие катионактивных веществ можно определить по из­ менению окраски раствора бромфенолового синего или по выделе­ нию осадков при взаимодействии этих веществ с анионактивными препаратами.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА С ПОМОЩЬЮ МЕТИЛЕНОВОГО ГОЛУБОГО КРАСИТЕЛЯ

При анализе применяют следующие реактивы:

метиленовый голубой 0,003%-ный раствор, получаемый раство­ рением в 1 л дистиллированной воды 0,03 г метиленового голубого, 12 г 95%-ной серной кислоты и 50 г безводного сульфата натрия;

анионактивное вещество 0,05%-ный водный раствор; хлороформ (или дихлорэтан); серную кислоту 2 н. раствор.

В пробирку емкостью 15 мл помещают 4 мл раствора метиле­ нового голубого и 2 мл хлороформа или дихлорэтана. Добавляют в пробирку по каплям 0,05%-ный раствор анионактивного веще­ ства, закрывают пробирку резиновой пробкой, энергично встря­ хивая и оставляют стоять ее до разделения суспензии на два слоя после добавления каждой порции раствора анионактивного ве­ щества. Добавление раствора ведут до тех пор, пока окраска вод­ ного и хлороформного слоев не станет одинаковой. Затем в про­ бирку приливают 1 мл 0,1%-ного раствора испытуемого вещества, энергично встряхивают и дают постоять до разделения содержи­ мого ее на два слоя.

Если голубая окраска хлороформного слоя становится интен­ сивнее, а окраска водного слоя значительно ослабевает, то ис­ пытуемое вещество — анионактивное. Если наблюдается обратное явление, то испытуемое вещество — катионактивное. Если окраска слоев не изменяется, то испытуемое вещество относится к неионо­ генным препаратам или мылам; в этом случае делают дополни-

240

тельное испытание, приливая в пробирку 3 мл 1%-ного раствора исследуемого вещества и 3 мл 2 н. серной кислоты. Помутнение раствора указывает на то, что испытуемое вещество относится к мылам.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИОНОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

При анализе применяют следующие реактивы: метаниловый желтый 0,1%-ный водный раствор; соляную кислоту 0,1 н. раствор;

раствор аммонийкобальтиизоцианата, получаемый растворе­ нием в 1 л дистиллированной воды 2,8 г нитрата кобальта и 174 г роданида аммония;

хлорид натрия 10%-ный раствор. Анализ проводят тремя методами.

1. В пробирку помещают 2 мл 0,1 н. соляной кислоты и добав­ ляют 1—2 капли 0,1%-ного раствора метанилового желтого, а за­ тем после встряхивания — 2 мл 1%-ного раствора испытуемого вещества.

Вприсутствии неионогенных веществ первоначальная красная окраска раствора переходит в желтую.

2.В пробирку помещают 2 мл 0,1—0,2%-ного раствора иссле­ дуемого вещества и приливают к нему 5—10 капель раствора кобальтиизоцианата.

Вприсутствии неионогенных веществ — продуктов конденсации окиси этилена раствор окрашивается в светло-зеленый цвет (при избытке реактива может образоваться голубовато-зеленый осадок).

Эту реакцию могут также показать анионактивные и катионактивные вещества, содержащие полигликолевые группы, а поэтому после ее проведения необходима проверка на эти вещества.

3.В пробирку помещают 3 мл 1%-ного раствора исследуемого вещества и нагревают пробирку на водяной бане. Помутнение рас­ твора при нагревании, исчезающее при охлаждении, указывает на присутствие неионогенного вещества. Если помутнения не происхо­ дит, то к исследуемому раствору добавляют 3 мл 10%-ного рас­

твора хлорида натрия и повторяют нагревание. Помутнение рас­ твора, исчезающее при охлаждении, указывает на присутствие неионогенного вещества. Эту реакцию показывают не все неионо­ генные препараты.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНИОНАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

При анализе применяют следующие реактивы:

тимоловый синий 0,1%-ный щелочной раствор, получаемый за­ тиранием в пасту 0,1 г тимолового синего С 2,2 мл 0,1 н. раствора едкого натра и растворением пасты в 100 мл дистиллированной воды; соляную кислоту, 0,005 н. раствор; катионактивное вещество, 1%-ный водный раствор.

Определение проводят двумя методами.

1. В пробирку к 2 мл 0,005 н. раствора соляной кислоты добав­ ляют 1—2 капли 0,1%-ного щелочного раствора тимолового синего

и после встряхивания — 2 мл 1%-ного раствора испытуемого ве­ щества. В присутствии анионактивного вещества первоначальная розовато-оранжевая окраска переходит в сиреневую.

2. В пробирку к 3 мл 1%-ного водного раствора катионактивного вещества приливают 3 мл 1 %-ного водного раствора иссле­ дуемого вещества. Помутнение раствора или выпадение осадка указывает на то, что исследуемое вещество — анионактивное.

Определение катионактивных веществ

При анализе применяют следующие реактивы: бромфеноловый синий 0,002%-ный раствор (pH = 3,64-3,9), по­

лучаемый смешиванием 7,5 мл 0,2 н. раствора ацетата натрия, 90,5 мл 2 н. раствора уксусной кислоты и 2 мл 0,1%-ного спирто­ вого раствора бромфенолового синего;

едкий натр 1 н. раствор; анионактивное вещество 1 %-ный раствор; универсальную индикаторную бумажку. Определение проводят двумя методами.

1. В пробирку к 5 мл кислого 0,002%-ного раствора бромфено­ лового синего добавляют 2,5 мл 1 %-ного раствора исследуемого ве­ щества. Доводят pH раствора до 7, приливая по каплям 1 и. рас­ твор едкого натра.

В присутствии катионактивных веществ раствор приобретает светло-голубую окраску.

2. В пробирку к 3 мл 1 %-ного раствора анионактивного веще­ ства приливают 3 мл 1 %-ного раствора исследуемого вещества. Если раствор помутнеет или выделится осадок, исследуемое ве­ щество — катионактивное.

Определение поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ

мощью прибора Ребиндера (методом наибольшего давления пу­ зырьков воздуха от капиллярного кончика, погруженного в жид­ кость) .

При анализе поверхностно-активных веществ поверхностное на­ тяжение их растворов обычно определяют сталагмометрическим методом.

Метод основан на определении числа капель воды, образую­ щихся при истечении определенного объема ее и числа капель ис­ следуемого раствора, образующихся из такого же объема.

Если плотности воды и исследуемого раствора мало отлича­ ются по величине, то поверхностные натяжения воды и раствора

242

будут обратно пропорциональны числам капель этих жидкостей, соответствующих равным объемам

Если известно поверхностное натяжение воды, то, решая при­ веденное выше уравнение, поверхностное натяжение раствора оп­ ределяют по формуле

0 _ аопо

п

Величину поверхностного натяжения в систе­ ме CGS измеряют в дн/см или в эрг/см2, а в си­ стеме СИ в Н/м или в Дж/м2 • 1 Н/м=1 Дж/м2 = = 1000 дн/см = 1000 эрг/см2.

Сталагмометр (рис. 24) представляет собой стеклянную трубку с шарообразным расшире­

часть впаян капилляр. Нижний конец трубки также имеет капилляр. Выше и ниже расшире­ ния нанесены две метки, ограничивающие опре­ деленный объем. Для более точного отсчета ни­ же и выше этих меток нанесены деления, каж­ дому из которых соответствует примерно 0,005 мл, что позволяет подсчитывать число капель с точ­ ностью до 0,1—0,2 капли.

При анализе применяют следующие реак­ тивы:

хромовую смесь; воду дистиллированную.

Перед определением сталагмометр промывают свежеприготов­ ленной хромовой смесью, а затем несколько раз дистиллированной водой, так как ничтожные следы жира на стенках прибора могут сильно исказить результаты испытания.

Сталагмометр укрепляют в штативе в вертикальном положении и на верхний его конец надевают резиновую трубку с винтовым зажимом. Пользуясь этой трубкой, засасывают в сталагмометр дистиллированную воду так, чтобы она находилась выше верхней метки. Затем устанавливают жидкость на этой метке и дают ей стечь до нижней метки, производят при этом подсчет числа капель, соответствующих объему между верхней и нижней метками. Ско­ рость истечения жидкости регулируют винтовым зажимом, разме­ щенным на резиновой трубке. Проводят три-четыре определения. За результат опыта принимают среднее из этих определений, при­ чем расхождение между отдельными определениями не должно

превышать двух капель. Определение проводят при комнатной тем­ пературе (20°С). Затем проводят такое же испытание для иссле­ дуемого раствора.

Для определения поверхностного натяжения обычно берут 0,5 %- ные растворы поверхностно-активных веществ.

После испытания сталагмометр промывают несколько раз дис­

Определение водородного показателя растворов поверхностно-активных веществ

Водородный показатель растворов поверхностно-активных ве­ ществ определяют с помощью pH-метра, проводя исследование со стеклянным электродом.

Для определения величины pH готовят обычно 1 —10%-ные рас­ творы поверхностно-активных веществ (концентрация растворов для этой цели указана в стандартах на отдельные вещества). Ве­ личина водородного показателя для водных растворов разных ПАВ находится в пределах 4—8, а поэтому для проверки рН-метров применяют буферные растворы с величиной pH, равной 4,00 и

6, 88.

Определение содержания щелочей

Содержание щелочей в некоторых анионактивных веществах (смачиватель НБ, сульфирол 8) определяют путем титрования рас­ творов навесок этих веществ 0,1 н. раствором соляной или серной кислоты.

При анализе применяют следующие реактивы: соляную или серную кислоту 0,1 н. раствор;

фенолфталеин 1%-ный спиртовый раствор или метиловый крас­ ный 0,2%-ный спиртовый раствор.

Около 10 г испытуемого вещества, взвешенного с точностью до 0,01 г, растворяют в 300—400 мл дистиллированной воды, до­

0,1 н. раствором кислоты. Титрование кислотой можно проводить также и потенциометрическим методом.

244

Содержание щелочи в пересчете на едкий натр вычисляют по уравнению (%)

3 NaOHNV • 100

Р =■

Определение растворимости поверхностно-активных веществ в воде

При определении растворимости 10 г исследуемого вещества растворяют в 100—200 мл дистиллированной воды, налитой в хими­ ческий стакан. По характеру полученного раствора делают заклю­ чение о растворимости.

Определение содержания влаги и сухого вещества

Содержание влаги или содержание сухого вещества в поверх­ ностно-активных веществах определяют по ГОСТ 9390—60 мето­ дом отгонки влаги с растворителем, а иногда — методом высуши­ вания.

Определение влаги в поверхностно-активных веществах путем отгонки ее с органическим растворителем в аппарате Дина и Старка удобнее, чем способ высушивания, так как первый способ выполняется быстрее и может быть применен для анализа ве­ ществ, содержащих летучие компоненты.

В качестве растворителей используют толуол, бензол или бен­ зин, не содержащие фракций, кипящих ниже 80° С, и насыщенные водой. В колбу аппарата заливают 100 мл растворителя. Величину навески вещества берут в пределах 10—100 г (в зависимости от содержания в нем влаги).

Минимальная величина навески может быть рассчитана из ус­ ловия, что объем воды в ловушке аппарата не должен быть менее

1,5 мл

где W — ожидаемое процентное содержание влаги в веществе. Описание анализа приведено на стр. 214.

Содержание влаги в веществе вычисляют по уравнению (%)

а содержание сухого вещества по уравнению

п100 (m — V)

245

Определение влаги путем высушивания в термостате проводят для веществ, не содержащих летучие компоненты. Навеску ве­ щества в пределах 2—10 г (указанную в стандарте для вещества) взвешивают в бюксе и высушивают в термостате при температуре около 100° С до постоянного веса. Если препарат при сушке обра­ зует поверхностную корку, то его помещают в фарфоровую чашку и сушат в термостате до постоянного веса, периодически размеши­ вая навеску во время сушки.

Определение зольности

Навеску испытуемого вещества 3—10 г сжигают в фарфоровом тигле до обугливания, а затем прокаливают в муфельной печи при температуре 700—800° С до постоянного веса.

Содержание золы вычисляют по уравнению (%)

ра - 100

~~тн ’

где а — масса золы, г; тн— навеска вещества, г.

Если содержание золы требуется выразить в процентах по от­ ношению к массе сухого вещества, то расчет ведут по уравнению

ра - 100-100

~ тн (100 — W) ’

где W — содержание влаги в веществе, %.

Определение устойчивости растворов поверхностно-активных веществ к солям жесткости

Устойчивость растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) к солям жесткости может быть определена путем титрования этих растворов раствором, содержащим катионы жесткости. Этот метод основан на взаимодействии катионов жесткости с анионами по­ верхностно-активных веществ, в результате чего возможно образо­ вание осадков, вызывающих помутнение растворов. Метод нельзя применять для веществ, которые с водой образуют мутные сус­ пензии.

246

При анализе применяют раствор солей жесткости 0,02 н., полу­ чаемый растворением в дистиллированной воде в мерной колбе емкостью 1 л, 1,65 г кристаллогидрата хлорида кальция и 0,51 г кристаллогидрата сульфата магния с последующей установкой концентрации раствора титрованием трилоном Б.

Впробирку диаметром 20 мм вносят 20 мл раствора ПАВ кон­ центрации 5 г/л и титруют 0,02 н. раствором солей жесткости до заметного помутнения раствора.

Титрование прекращают, если раствор не мутнеет при расходе па титрование 25 мл раствора солей жесткости.

Вэтом случае раствор испытуемого вещества имеет высокую устойчивость к катионам жесткости.

Жесткость воды, при которой раствор ПАВ мутнеет, вычисляют по уравнению (мг-экв/л)

Ж = 1000#У

Ѵо + Ѵ ’

где N — нормальность раствора солей жесткости;

V — объем раствора солей жесткости, израсходованного на титрование;

По — начальный объем раствора ПАВ.

Определение устойчивости растворов поверхностно-активных веществ в кислой среде

Устойчивость растворов поверхностно-активных веществ к кис­ лотам зависит от химической структуры этих веществ. Кислоты могут вызвать гидролиз мыла и омыление сложных эфиров, что приведет к помутнению растворов, выделению маслянистого слоя, потере способности растворов к пенообразованию.

Определение устойчивости к кислотам проводят при нагрева­ нии подкисленных растворов поверхностно-активных веществ.

В шесть пробирок диаметром 20 мм вносят в каждую по 15 мл раствора исследуемого вещества концентрации 10 г/л, а затем в пять пробирок приливают раствор 4 н. серной кислоты. В первую пробирку вносят 3 мл кислоты, во вторую — 6 мл, в третью — 9 мл, в четвертую— 12 мл и в пятую — 15 мл. Шестую пробирку (кон­ трольную) оставляют без кислоты. Объем раствора в каждой про­ бирке дополняют дистиллированной водой до 30 мл. Пробирки ставят на 15 мин в кипящую водяную баню (в фарфоровый стакан с кипящей водой). Затем после охлаждения растворов отмечают внешние изменения свойств растворов в пробирках с кислотой: помутнение, выделение маслянистого слоя, прекращение пенообразования, сравнивая при этом с раствором в пробирке без кис­ лоты.

Раствор устойчив к разбавленным кислотам, если он не изме­ нился.

247

Концентрацию кислоты, при которой вещества проявляют чув­ ствительность к кислотам, вычисляют по уравнению (г-экв/л)

(30 мл).

Определение устойчивости растворов поверхностно-активных веществ в щелочной среде

Определение устойчивости к щелочам проводят при нагревании щелочных растворов поверхностно-активных веществ.

В шесть пробирок диаметром 20 мм помещают по 15 мл рас­ твора исследуемого вещества концентрации 10 г/л, а затем в пять пробирок приливают 4 н. раствор едкого натра. В первую пробирку

бирке оставляют без щелочи (контрольный раствор).

Объем раствора в каждой пробирке дополняют дистиллирован­ ной водой до 30 мл. Пробирки ставят на 15 мин в кипящую водя­ ную баню (в фарфоровый стакан с кипящей водой). После этого охлаждают растворы и замечают изменение растворов в пробирках со щелочью, сравнивая их с контрольным раствором.

Раствор устойчив к разбавленным щелочам, если он не пре­ терпел изменений.

Концентрацию щелочи, при которой раствор исследуемого ве­ щества проявляет неустойчивость, рассчитывают по уравнению (г-экв/л)

дг _ М0Ѵщ

V ’

где іѴо— нормальность раствора едкого натра; Ѵщ — объем раствора едкого натра, введенного в исследуемый

раствор;

V — общий объем раствора (30 мл).

Определение температуры посветления растворов неионогенных поверхностно-активных веществ

Водные растворы многих неионогенных веществ при нагревании мутнеют, а при последующем охлаждении становятся прозрач­ ными, так как при повышенной температуре водородные связи между молекулами воды и атомами кислорода этиленгликолевых групп неионогенного вещества ослабевают, что приводит к дегид­

248

ратации этого вещества и к выделению его из раствора в виде мельчайших кристаллов, придающих раствору мутность. При по­ следующем охлаждении раствора кристаллы вещества вновь рас­ творяются в воде благодаря присоединению к веществу молекул воды по водородным связям, и . раствор вновь становится про­ зрачным.

Температура, при которой в результате охлаждения помутнев­ ший при нагревании раствор неионогенного вещества переходит

впрозрачный раствор, называется температурой посветления.

Впробирку из бесцветного стекла (диаметром 30 мм и высотой 100 мм) наливают 30 мл раствора неионогенного вещества кон­ центрации 10—20 г/л. Пробирку закрывают пробкой с тремя от­ верстиями. В центральное отверстие пробки вставляют термометр так, чтобы конец его находился на расстоянии 5—10 мм от дна пробирки, а в одно из боковых отверстий пробки вставляют коль­ цевую мешалку. Третье отверстие служит для сообщения внутрен­ него пространства пробирки с атмосферой.

Пробирку помещают в плоскодонную колбу емкостью 250 мл,

заполненную наполовину глицерином или концентрированным рас­ твором хлорида кальция. При этом пробирка бортиками или дру­ гой пробкой удерживается в горле колбы так, чтобы расстояние от дна пробирки до дна колбы составляло 5—10 мм.

Колбу нагревают при скорости повышения температуры 2—3°С в минуту, периодически перемешивая раствор в пробирке до рез­ кого его помутнения. Затем пробирку вынимают из колбы, и рас­ твор охлаждают на воздухе, перемешивая мешалкой до посвет­ ления.

За температуру посветления принимают температуру, при ко­ торой ртутный столбик термометра и деления его шкалы станут хорошо видимыми.

Определение общего содержания жирных кислот в мылах

Качество мыла характеризуют процентным содержанием в нем жирных кислот. В основе определения содержания жирных кислот лежит процесс взаимодействия мыла с минеральной кислотой в го­ рячем водном растворе, приводящий к выделению из раствора нерастворимых в воде жирных кислот:

2RCOONa + H2S04 -> 2RCOOH | + Na2S04.

Жирные кислоты затем экстрагируют органическим раствори­ телем—'диэтиловым эфиром или расплавленным парафином.

При использовании диэтилового эфира в качестве растворителя жирных кислот охлажденный раствор с выделившимися из него жирными кислотами взбалтывают с эфиром, отделяют эфирный слой от водного, промывают, обезвоживают, а затем, отгоняя эфир от эфирных вытяжек, получают в остатке жирные кислоты, массу которых определяют взвешиванием.

249