Способ определения концентрации солей в водных растворах и устройство для его осуществления

 

1. Способ определения концентрации солей в водных растворах, включающий взвешивание навески исходного раствора, выпаривание, сушку остатка и последующее взвешивание сухого остатка , отличающийся тем, что, с целью повьгаения точности определения , выпаривание раствора ведут под слоем органической жидкости, а образующиеся пары конденсируют и возвращают в сосуд с исследуемой навеской . 2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что в качестве органической жидкости берут бензол, гексан, гептан. 3.Способ по п. 1,отл.ичающ и и с я тем, что при использовании в качестве органической жидкости гептана в него вводят графит. 4.Устройство для определения концентрации солей в водных растворах, включающее сосуд для вьтаривания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения , сосуд для выпаривания снабжен конденсатором с патрубками для ввода и вывода хладагента и приемником конденсата , конденсатор выполнен в виде емкости с расширяющейся верхней частью и овальным днищем, расширенная верхняя часть конденсатора установлена на верхней торцовой части сосуда для вьтаривания, а овальное дно расположено внутри сосуда коаксиально с образованием зазора с его боковой стенкой, приемник конденсата расположен в сосуде под конденсатором и жестко соединен с ним осевым стержнем . i (Л с vl :о :ji :о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

2 953 А1 (19) (И) (5(! 4 G 0! N 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H д ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2!) 37840!5/22-26 (22) 20.08.84 (46) !5.06.86.Бюл. В 22 (7!) Украинский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский углехимический институт (72) В. П. Белонощенко, И. В. Довгопол и Л. О. Соколик (53) 543-!45.! (088.8) (56) Воскресенский П. И. Техника лабораторных работ. М.: Химия, l973, с. 545, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

СОЛЕЙ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ!ПЕСТВЛЕНИЯ (57) !. Способ определения концентрации солей в водных растворах, включающий взвешивание навески исходного раствора, выпаривание, сушку остатка и последующее взвешивание сухого остатка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, выпаривание раствора ведут под слоем органической жидкости, а образующиеся пары конденсируют и возвращают в сосуд с исследуемой навеской.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве органической жидкости берут бензол, гексан, гептан.

3. Способ по п. о т л и ч а ю— шийся тем, что при использова. нии в качестве органической жидкости гептана в него вводят графит.

4. Устройство для определения концентрации солей в водных растворах, включающее сосуд для выпаривания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения, сосуд для выпаривания снабжен конденсатором с патрубками для ввода ,С и вывода хладагента и приемником кон- Е денсата, конденсатор выполнен в виде емкости с расширяющейся верхней частью и овальным днищем, расширенная С верхняя часть конденсатора установлена на верхней торцовой части сосу- Я да для выпаривания, а овальное дно расположено внутри сосуда коаксиально с образованием зазора с его боковой стенкой, приемник конденсата расположен в сосуде под конденсатором и жестко соединен с ним осевым стержнем.

1237953

10

Изобретение относится к технике. лабораторного анализа, в частности к весовым методам определения концентрации солей в водных растворах, а также устройствам дпя этой цели, и может найти применение в коксохимической, химической и других отрасЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

-. Целью изобретения является повышение точности определения путем

;уменьшения потерь растворенного вещества в исследуемом растворе.

На чертеже схематически изображено устройство для определения концентрации солей (с размером А-А).

Устройство состоит иэ вертикального цилиндрического сосуда 1 для выпаривания, выполненного из стекла в виде пробирки и снабженного катализатором, выполненным также иэ стекла в виде емкости с расширяющейся верхней частью и овальным днищем.

Расширенная верхняя часть конденсатора установлена на сосуде для выпаривания, овальное дно расположено внутри сосуда коаксиально с образованием зазора с его боковой стенкой.

Сосуд 1 выпаривания внутри имеет шероховатость 2, нанесенную, например, с помощью наждачной бумаги. Конденсатор 3 снабжен патрубками 4 для ввода и выводя хладоносителя, термометром 5, резиновой пробкой 6. Приемник 7 конденсата выполнен также в виде пробирки, объем которой значительно меньше пробирки E и равен (или больше) объему первоначально взятого исследуемого раствора. Конденсатор 3 имеет овальное дно, обеспечивающее сползание капель с его стенок по осевому стержню 8 непосредственно в приемник 7 конденсата (диаметр осевого стержня 4-5 мм).

Приемник конденсата находится вьш е уровня 9 органической жидкости (расстояние между дном сосуда 1 и приемника 7-30 мм). Диаметры конденсатора 3 и приемника 7 конденсата одинаковы и составляют 14-!5 мм (высота их примерно одинакова и составляет около 25-26 мм), а величина зазора между их стенками и стенкой сосуда 1 должна исключать вероятность соприкосновения капель конденсируюшейся жидкости со стенками пробирки 1, внутренний диаметр которой составляет 20-22 мм, а высота 9092 мм.

Верхняя граница 10 шероховатости

2 расположена на 4-5 мм выше исходного .уровня 11 раствора. Для центровки приемника 7 конденсата относительно сосуда 1 для выпаривания в стенках последнего сделаны четыре углубления 12.

Способ осуществляют следующим образом.

В сосуд 1 для выпаривания (предварительно взвешенный) осторожно пипеткой заливают 1-2 мм анализируемого раствора. Затем снова взвешивают

{не допуская сильного встряхивания) и наливают 4-5 мл органической жидкости иэ класса предельных или ароматических углеводородов. Сосуд 1 для выпаривания размещают над электроплиткой или другим источником тепла и помещают в него конденсатор

3, в нижнюю часть которого предварительно наливают доверха ту же органическую жидкость чтО и в сОсуд 1 для выпаривания. Конденсатор устанавливают таким образом, чтобы его расширяющаяся часть касалась торца сосуда 1 и служила ему пробкой. Дно сосуда 1 должно находиться над поверхностью электроплитки на расстоянии 1-2 см. Под сосуд 1 укладывают асбестовый круг, чтобы уменьшить теплоперсдачу через его дно. Нагрев регулируют, чтобы кипение было только в верхнем слое. В верхнюю часть конденсатора 3 подводят воду и следят эа тем, чтобы температура ее обеспечивала полную конденсацию паров, регулируя подачу свежей воды через один из патрубков 5, Упаривание ведут до полного исчезновения нижнего слоя — слоя анализируемого раствора. Выделяемые в процессе кипения пары органической жидкости и воды конденсируются на стенках конденсатора 3 и стекают в приемник 7 конденсата. Так как вода имеет плотность выше органической жидкости, то она каплями стекает на дно приемника 7 конденсата и вытесняет при этом органическую жидкость, которая стекает вниз и занимает ее объем в сосуде 1 для выпаривания.

В процессе выпаривания выделение твердой фазы происходит преимущественно на шероховатых стенках 2 сосуда (.- не в объеме раствора) в виде пористого монолита, расположенного в слое органической жидкости.

123 веса.

Выпаривание ведут до полного исчезновения нижнего слоя жидкости (слоя анализируемого раствора) . Затем конденсатор осторожно извлекают из сосуда 1 для выпаривания и выпаривание продолжают до исчезновения верхнего слоя, после чего сосуд 1 с твердым остатком и остатком органической жидкости выдерживают в сушильном шкафу до постоянного веса. IÎ

Наличие шероховатости 2 на стенках пробирки I способствует упорядо— ченному протеканию кипения в пристеночной кольцевой зоне и выделению кристаллического осадка по кольцевой зоне, прочно сцепленного со стенками сосуда, Наличие слоя органической жидкости над упариваемым раствором предотвращает выпаривание твердой

20 соли из сосуда и брызгоунос с его поверхности.

Однако, если при выпаривании раствора под слоем органической жидкости

25 имеет место кипение нижнего слоя, т.е. раствора, то раствор концентрируется (как следствие, образуется тонкодисперсный осадок на дне) и пузырьки водяного пара, даже пройдя верхний защитный слой жидкости, выносят раствор в виде тончайшей пленки на поверхность. Кроме того, например, роданистый аммоний таким путем вообще невозможно вьщелить в кристаллическом виде (без охлажце- 35 ния), так как в конечном итоге на дне сосуда остается расплав, содержащий незначительное количество воды.

Это исключается, если кипение протекает только в верхнем слое путем об- 4о разования центров кипения на границе раздела двух жидкостей или на стенке сосуда, инкрустированной выделившейся иэ раствора твердой фазой.

Опытным путем установлено, что наибо-4> лее подходящими веществами для верхнего слоя являются органические жидкосты, в которых практически не растворяются компоненты анализируемого раствора (в том числе воды) и имеющие температуру кипения ниже 100 С. о

В случае применения более высококипящих жидкостей трудно исключить кипение нижнего слоя (что вообще неприемлемо, например, для роданистых солей), кроме того, затрудняется процесс сушки (что неприемлемо для термолабильных веществ) . В некоторых

7953 4 случаях организовать требуемый режим кипения возможно лишь применением инициатора кипения (например, графита) путем внесения очень малого количества в сосуд для упаривания перед взвешиванием и заливом раствора. Соотношение исходных объемов анализируемого раствора и органической жидкости должно быть таким, чтобы в процессе выпаривания раствора выделившаяся твердая фаза постоянно находилась ниже уровня органической жидкости. Опытным путем установлено, что данное условие обеспечивается, если исходный объем раствора равен

1-2 мл, а органической жидкости 45 мл.

Пример. Опыты проводили в предлагаемом устройстве. При взвешивании сосуда I для выпаривания (пустого, с раствором, с высушенным твердым остатком) последний закрывался пробкой . Сушку осуществляли в шкафу при 100 С до постоянного о

В первой серии опытов в качестве верхнего слоя применяли такие органические жидкости, как изоамиловый спирт, толуол, бензол, гексан, гептан, нонан (брали по 4-5 мл) . Нагрев осуществляли с помощью электроплитки с закрытой спиралью. Сосуд для выпаривания закрепляли таким образом, чтобы дно его находилось на расстоянии 10-20 мл от поверхности плитки, а под дном укладывали асбестовый круг диаметром около 20 мм. Такой подвод тепла исключал концентрацию паров на стенках сосуда для выпаривания.

Для анализа брали раствор роданистого аммония (по 1 -2 мл), так как эту соль наиболее трудно вьщелить в кристаллическом виде путем выпаривания раствора. Максимальная продолжительность выпаривания раствора составляла около 4 ч или определялась исчезновением нижнего слоя жидкости (так как вьщелялась твердая фаза).

После выпаривания раствора приспособление извлекали из сосуда 1 и отгоняли органическую жидкость ° Остаток жидкости удаляли высушиванием. Результаты опытов представлены в табл.!

)237953

Таблица I

Концентрация раствора Е

Примечание

Органическая жидкость

Опыт, Ф

Иолученная

Фактически

Инициатор кипения не оказывает влияния на

Изоамиловый спирт

59,180 процесс кипения, которое протекает преимушественно в нижнем слое.

Твердая фаза не выделяется. Соль частично растворяется в спирте.

2 Толуол

59,180

Инициатор кипения не оказывает влияния на процесс кипения. Кипит нижний слой. В конце опыта на дне пробирки (расплав).

59,180 59 176

59, 174

3 Бензол

Инициатор кипения не о.;азывает влияния на процесс кипения, которое наблюдается только в верхнем слое, образовалась твердая фаза в виде отложения на стенках пробирки

59,180

59 174

59,176

Гексан

5 Гептан

59,) 80

59 173

Кипение верхнего слоя только в присутствии инициатора кипения на границе раздела жидкостей (твердая фаза выделяется) . Без порошка кипит нижний слой, твердая фаза не образуется.

6 Нонан

59,180

Инициатор кипения незначительно влияет на процесс кипения, однако кипит преимущественно нижний слой. Твердая фаза не выделяется, +

В числителе — значения, полученные при выпаривании в присутствии порошкообразного графита на границе раздела жидкостей, в знаменателе †. без графита.

1237953

Опыт, 11-

Способ выпаривания

Предложенный

Известный

В чашке над электроплиткой

42,370

42,554

Под слоем бензола

Под слоем гексана

Под слоем гептана

Ф

Без графита.

С графитом.

Из табл. 1 следует, что для исследуемой соли такие жидкости, как изоамиловый спирт, толуол, нонан неприемлемы, так как в процессе выпаривания выделить соль в кристаллическом виде невозможно — образуется расплав с примесями воды. Кроме того, соль частично растворяется в спирте и при разрушении пузырьков пара на поверхности имеет место разбрызгивание и потери растворенной соли (наблюдалось визуально) .

Жидкости с температурой кипения значительно ниже 100 С (бензол, геко сан) способствуют кипению только верхнего слоя с зарождением пузырьков на границе верхнего и нижнего слоев, что обеспечивает выделение твердой фазы в верхнем слое на стенках сосуда для выпаривания. Гептан, о имеющий температуру кипения 98,4 С, в данном случае может быть использован лишь в сочетании с инициатором кипения (графитом), инициирующим зарождение пузырьков пара на граниКак видно из табл . 2, при определении концентрации раствора по известному способу (опыт 1) абсолютная погрешность превышает 0,2Х, По предложенному способу данная величина составляет менее 0,01Х. це раздела жидкости и Определенными . условиями нагрева (при сильном нижнем нагреве начинается кипение и в нижнем слое).

Во всех случаях выделение твердой фазы происходит только при условии кипения верхнего слоя (опыты

3,4,5).

Таким образом, выделение твердого остатка без потери выпариванием раствора возможно лишь под слоем

Органической жидкости, например иэ класса предельных или ароматических углеводородов, при условии кипения только верхнего слоя. Наиболее подходящими являются соединения, кипяо щие ниже 100 С, такие как бензол, гексан, гептан. Эти вещества предпочтительнее еще и потому, что облегчается окончательная сушка твердого остатка, что особо важно для термолабильных соединений.

В табл. 2 приведены экспериментальные данные по определению концентрации раствора сульфата аммония в сравнении с известным способом.

Таблица 2

Концентрация исходного раствора

Фактичес- Полученная кая

42,938 .42,929 /42,928

42,938 42,931/42,928

42,938 . 42,933/42,930

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно повысить точнОсть Определения кОнцентрации солей за счет уменьшения потерь вещества при выпариванни раствора.

1237953

Составитель А. Жженова

Техред В.Кадар Корректор E. Сирохман

Редактор Н . Швыдкая

Заказ 3281/43 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4