книги из ГПНТБ / Рухлядева А.П. Технохимический контроль спиртового производства

дулирует световые потоки, правый и левый, в противо­ фазе. Модулированные световые потоки, пройдя свето­ фильтры и кюветы, попадают на фотокатод и возбуж­ дают переменный электрический ток, пропорциональ­ ный разности световых потоков — левой и правой ветви прибора. В правый световой поток включается последо­ вательно кювета с раствором и растворителем.

Для уменьшения чувствительности прибора в оба плеча включаются нейтральные светофильтры.

Щелевая диафрагма Д\, расположенная в правом пучке (измерительном), при вращении связанного с ней барабана изменяет свою площадь и тем самым интен­ сивность правого светового потока, падающего на фо­

тоэлемент. Щелевая диафрагма Дч, расположенная в девом пучке, служит для ослабления интенсивности ле­ вого светового потока, падающего на тот же фотоэле­ мент.

С измерительной (правой) диафрагмой связан отсчетный барабан, на котором нанесены две шкалы: шкала коэффициентов пропускания (черная) и шкала

Шкала светопропускания равномерная, так как мощ­ ность пучка лучей, проходящего через диафрагму, про­ порциональна ширине щели.

При вращении рукоятки (рис. 13) по стрелке проис­

30

но перпендикулярных плоскостях при помощи котиро­ вочных винтов. После регулировки осветитель закреп­ ляется двумя винтами.

К отливке с внутренней стороны крепится мотор с модулятором и опорный фотоэлемент, который сверху закрыт кожухом.

Светофильтры располагаются в двух барабанах, свя­ занных между собой зубчатой передачей и вращаю­ щихся при помощи рукоятки.

В барабане установлено 9 светофильтров, которые поочередно могут быть включены в ход световых пуч-

31

правом световом потоке достигается поворотом рукоят­ ки до упора.

Рис. 14. Изображение нити лампы.

Микроамперметр закреплен на корпусе кюветодер­ жателя под крышкой 8. Он является индикаторным прибором и предназначен для определения состояния фотометрического и электрического баланса.

_ Для измерения прибор включают в сеть и дают про­ греться в течение 15—20 мин, так как только после это­ го наступает стабильный режим работы. Если в процес­ се работы необходимо сменить светофильтры, то изме­ рение с новым светофильтром рекомендуется проводить не ранее, чем через 1 мин после смены светофильтров.

Для правильной работы прибора необходимо, чтобы нить лампы изображалась на линзах (см. рис. 12) так, как это показано на рис. 14.

Установку нити проводят при помощи юстировочных винтов или путем перемещения лампы вместе с патро­ ном в продольном направлении.

32

Получаемое изображение нити лампы наблюдают с помощью листка папиросной бумаги, приложенного к поверхности линз. В приборе измеряется светопропускание или оптическая плотность раствора относитель­ но растворителя или эталонного раствора.

Перед началом измерений необходимо проверить «электрический нуль прибора» следующим образом: за­ крывают измерительную компенсационную диафрагму, при этом стрелка гальванометра должна установиться на нуль. Если этого нет, то вращением рукоятки потен­ циометра добиваются нулевого положения стрелки.

Для измерения оптической плотности или светопропускания кюветы заполняют испытуемым раствором и растворителем.

Перед каждым измерением рабочие грани кюветы тщательно протирают мягкой тряпочкой. Кювету опо­ ласкивают 2—3 раза испытуемым раствором и затем заполняют жидкостью с таким расчетом, чтобы она не доходила до краев на 5 мм. Внешние стенки кюветы обмывают струей воды из промывалки и вытирают су­ хой фильтровальной бумагой.

Подобным же образом наливают холостой раствор в две другие кюветы с такой же шириной рабочей грани. Затем кюветы с холостым раствором помещают в пра­ вый и левый пучки света. При установке кювет в кюве­ тодержатели тщательно следят за тем, чтобы не ка­ саться пальцами рабочих граней (ниже уровня жидко­ сти в кювете). Наличие загрязнений или капель на ра­ бочих гранях кюветы приводит к получению неверных результатов измерений.

Барабан измерительной диафрагмы устанавливают на нулевое деление шкалы оптической плотности сна­ чала при меньшей, а затем при большей чувствитель­ ности.

Вращением левого барабана добиваются уравнива­ ния обоих световых потоков. Затем в правое плечо прибора вместо кюветы с растворителем помещают кю­ вету с исследуемым раствором, при этом стрелка галь­ ванометра отклонится от нулевого положения. Враще­ нием правого измерительного барабана вновь устанав­ ливают стрелку на нуль.

Величина оптической плотности раствора по отноше­ нию к растворителю отсчитывается по измерительно­ му барабану.

Если при установке цветных светофильтров из допол­ нительного комплекта при полном раскрытии левой диафрагмы стрелка гальванометра не устанавливается на нуль, необходимо поменять местами цветные свето­ фильтры.

Относительная ошибка измерений на приборе раз­ лична для разных участков шкалы прибора. Наимень­ шая ошибка наблюдается в средней части шкалы при­ бора (D = 0,400-М),450).

Для обеспечения точности анализа рекомендуется, чтобы значение оптической плотности при определении находилось в пределах 0,200—0,750.

Рефрактометрический метод

Основы метода. В основу рефрактометрических мето­ дов анализа положено определение показателя (коэф­ фициента) преломления исследуемого вещества.

Из физики известно, что если луч света переходит из одной среды в другую, то направление его меняется, т. е. луч света преломляется и величина этого прелом­ ления зависит от оптической плотности среды (рис. 15).

34

Угол а, образованный линией падающего луча AB и нормалью MN, называется углом падения. Угол ß, об­ разованный линией преломления луча BD и нормалью MN, называется углом преломления.

Если луч света переходит из среды менее плотной в более плотную, то угол падения всегда больше угла

преломления, т. е. a > ß (см.'рис. 15, а). Если луч света переходит из среды более плотной в менее плотную, то

Угол падения и угол преломления связаны соотно­ шением, которое для каждой среды является величи­ ной постоянной, зависит от природы этой среды и ха­

Если луч переходит из пустоты в среду, содержащую материю, то п называют абсолютным показателем пре­ ломления данной среды и обозначают буквой N. Если же обе среды содержат материю, то п называется пока­ зателем преломления второй среды относительно пер­ вой. В этом случае он равен отношению абсолютного показателя N2 второй среды к показателю N t первой среды. Так, если скорость луча в пустоте равна ѵ, а в первой и второй среде соответственно ѵ\ и и2 то имеет место равенство

Уг/ЛТ = ѵ/ѵг : ѵ/ѵх — ѵх/ѵг = п = sin a/sin ß.

Так как для воздуха N\ очень мало отличается от единицы (при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. он равен 1,000293), то обычно под показателем пре­ ломления понимают тот, который соответствует перехо­ ду светового луча из воздуха в данную среду.

По отношению к воздуху все жидкие и твердые про­ зрачные среды будут более плотными и показатели преломления их будут больше единицы, так как угол падения а будет больше угла преломления ß. Для чи­ стой воды, например, п = 1,33298.

Показатель преломления изменяется в зависимости

от концентрации раствора, на чем и основано примене­ ние рефрактометра в аналитической практике. Техниче­ ски в устройстве прибора использовано явление так на­ зываемого полного внутреннего отражения.

сред. Угол падения, при котором луч скользит по по­ верхности раздела, называется углом полного внутрен­ него отражения.

При дальнейшем увеличении угла падения луч света уже не выходит из среды, а полностью отражается от

го света. С увеличением длины волны показатель пре­ ломления уменьшается.

Показатель преломления зависит от температуры и при рефрактометрических измерениях постоянство тем­ пературы играет очень важную роль. При определении содержания исследуемого вещества в растворе по пока­ зателю преломления пользуются кривой зависимости показателя преломления от содержания этого вещества в растворе.

Для некоторых веществ, например для раствора са­ хара, такая зависимость почти прямолинейна, что поз­ воляет по показателю преломления определять концен­ трацию сахара в растворе.

Приборы для определения показателя преломления.

Показатель преломления исследуемого раствора опре­ деляется по предельному углу преломления или углу полного внутреннего отражения с помощью рефракто­ метра. Определение можно проводить в проходящем или отраженном свете. Более плотной средой в прибо­ рах является стеклянная призма, а менее плотной — испытуемый раствор. Шкала рефрактометра градуиро­ вана по сахарозе. Показатель преломления других ве­ ществ, присутствующих в растворе наряду с сахарозой,

36

часто приравнивается к показателю преломления саха­ розы. Таким образом определяется общее содержание сухих веществ в растворе. Если же основным вещест­ вом является не сахароза, а какое-либо другое вещест­ во, необходимо учесть разницу между показанием ре­ фрактометра и содержанием сухих веществ подобного раствора, которое определено каким-либо другим ме­ тодом.

нения спектральной окраски границы светотени. Визир­ ная линия сетки совмещается с границей светотени и по шкале проводится отсчет показателя преломления и процента сухих веществ.

Рефрактометр РПЛ -3 применяют при анализе раство­ ров, содержащих сахар. Рефрактометр помещен в ме­ таллический корпус 4 (рис. 17), закрепленный на ста­ нине 3 с подставкой 2. Спереди находится окуляр 5, передвигаемый рукояткой 6 по шкале 7. Призма ре­ фрактометра заключена в камеру 9, состоящую из двух частей: верхней 10, откидывающейся на шарнире, и

37

нижней — неподвижной. Против каждой призмы в ка­ мере имеется световая щель, через которую свет на­ правляется на призму. На рукоятке окуляра укреплен рычажок 11, передающий вращательное движение ком-

Рис. 17. Общий вид рефрактометра РПД-3:

1 — термометр, 2 — подставка, 3 — станина,

4 — металлический корпус, 5 — окуляр, 6 —

камера, 11 — рычажок,

пенсатору, который устраняет радужность и устанавли­ вает резкость поля. Вращением головки окуляр уста­ навливают на фокус и затем фиксируют наблюдаемое

показание.

Шкала рефрактометра имеет два ряда делений: сле­ ва нанесены значения показателей преломления, спра­ ва — процентное содержание сухих веществ.

Измерения на приборе следует проводить при темпе­ ратуре 20+0,5° С, наблюдая за этим по термометру 1.

Перед измерением необходимо проверить нуль при­ бора; для этого открывают верхнюю камеру, плоскости

38

верхней и нижней камер промывают дистиллированной водой, затем спиртом-ректификатом и досуха проти­ рают чистой льняной салфеткой. Оплавленным концом стеклянной палочки наносят на плоскость измеритель­

явится граница светотени. При наблюдении за полем зрения кольцо диоптрийной наводки следует вращать до появления в поле зрения резкого изображения деле­ ний шкалы и визирной линии сетки. Смещая освети­ тель вверх и вниз, добиваются наиболее контрастной освещенности поля зрения, а поворотом сектора со шка­ лой поворачивают дисперсионный компенсатор и этим устраняют окраску границы светотени.

Затем, поворачивая рукоятку окуляра, совмещают визирную линию сетки с границей светотени и прово­ дят отсчет содержания сухих веществ по шкале.

При правильной установке прибора на нуль граница светотени при 20° С должна быть совмещена с нуле­ вым делением шкалы сухих веществ, а также с деле­ нием по =1,33299 шкалы показателей преломления.

Вслучае отклонения от этих значений прибор необ­ ходимо установить ключом на нуль. Для этого в корпу­ се прибора следует вывинтить пробку, вставить ключ через отверстие в корпусе на квадрат винта и враще­ нием ключа в ту или другую сторону совместить линию границы светотени с делением nD = 1,33299, нулевым де­ лением шкалы сухих веществ и визирной линией сетки.

Вэтой же последовательности 2—3 раза проверяют правильность проведенной установки.

При проведении измерений открывают верхнюю ка­ меру, наносят одну-две капли испытуемого раствора и проводят определение, как это было указано при уста­ новке нуля прибора, и ведут отсчет по шкале после уравновешивания температуры, которое наступает че­ рез несколько минут после введения раствора и закры­ тия верхней призмы.

Измерение концентрации сахарных растворов мож­ но проводить при температуре 10—30°С и делать при этом пересчет показаний на 20° С с учетом поправки на температуру по табл.' 2.

39