Способ определения степени замещения целлюлозы

 

Использование: в науке, технике и промышленности, где требуется количественное определение протоносодержащих веществ в исходных, промежуточных и конечных продуктах. Сущность изобретения: образцы исходного и обработанного материалов высушивают до постоянной массы, после чего возбуждают сигнал свободной индукции раздельно в исходном и обработанном образцах и регистрируют амплитуду короткой компоненты, по результатам измерений определяют степень ацетилирования по соответствующей формуле. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к физико-химическому анализу и может быть использовано при количественном определении протоносодержащих веществ в исходных, промежуточных и конечных продуктах в физических, химических, биологических и технологических процессах.

Известен химический способ определения степени замещения, заключающийся в выборочном замещении первичных и вторичных гидроксильных групп различными йодосодержащими реактивами, в котором по содержанию йода, вступившего в реакцию, судят о степени замещения целлюлозы [1] Недостатком указанного способа является длительность процесса определения, невысокая точность результатов.

Наиболее близким к изобретению является способ определения степени замещения по смещению инфракрасного спектра [2] Недостатками этого способа являются сложность и трудоемкость приготовления образцов.

Технический результат изобретения экспрессность, высокая точность и достоверность результатов.

Для этого в способе определения степени замещения целлюлозы исходный и обработанный образцы исследуемого материала высушивают до постоянной массы, взвешивают, возбуждают сигнал свободной индукции (ССИ) раздельно в исходном и обработанном образцах и регистрируют амплитуду короткой компоненты ССИ. По результатам измерений определяют параметр К, по которому судят о степени замещения целлюлозы K 1 где A_к^э амплитуда короткой компоненты ССИ от исходного (эталонного) образца; A_к^и амплитуда короткой компоненты ССИ от обработанного (исследуемого) образца; m_э масса исходного (эталонного) образца; m_и масса обработанного (исследуемого) образца.

В промышленности широко используются материалы, производные от целлюлозы, полученные методом замещения гидроксильных групп в глюкопиронозных кольцах молекулы целлюлозы [C₆O₇O₂(OH)₃]_n на различные заместители. Такими материалами являются, например, нитроцеллюлоза, этилцеллюлоза, ацетатцеллюлоза и др. Физико-химические свойства этих материалов зависят от степени замещения гидроксильных групп различными радикалами. Поэтому точному определению степени замещения придается большое значение в технологии производства этих материалов.

Известно, что амплитуда A сигнала свободной индукции (ССИ) пропорциональная числу протонов N вещества A (1) где μ магнитный дипольный момента протона; H_o напряженность постоянного магнитного поля.

На практике удобно пользоваться числом протонов, отнесенных к единице массы вещества в исходном N_э N_э (2) и обработанном N_и состоянии образца
N₄ (3)
Опыт показывает, что замещенное в ходе реакции протонов пропорционально убыли амплитуды ССИ, нормированных к единице массы вещества.

Из соотношений (1) (3) следует, что указанное изменение числа протонов адекватно степеням замещения
K 1 1 (4)
На чертеже представлена линейная зависимость между степенью замещения сульфатной целлюлозы, определенной химическим методом, и параметром K, определенным предлагаемым способом. На чертеже значения 1, 2 и 3 соответствуют ацетату, диацетату и триацетату целлюлозы соответственно.

Способ осуществляется следующим образом.

Приготавливаются образцы из исходного целлюлозного материала до замещения и из целлюлозного материала с различным временем ацетилирования. Образцы высушивают до постоянной массы при 120^оС. Массу сухих образцов определяют на прецизионных весах. С целью упрощения проведения эксперимента были отобраны образцы одинаковой массы. Образцы раздельно один за другим помещают в датчик установки ядерного магнитного резонанса, воздействует на образцы импульсами, регистрируют амплитуду короткой компоненты ССИ от исходного и обработанного образцов.

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что процесс ацетилирования завершен по истечении 14 мин химической обработки целлюлозы трифторуксусной кислотой, другими словами завершен процесс получения триацетата целлюлозы. Опыт показывает, что аналогичные результаты характерны и для других видов целлюлозы (хлопковой, древесной, пеньковой).

Предлагаемый способ является неразрушающим, отличается экспрессность, так как время измерения не превышает 1 мин, а также высокой точностью измерений.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЗАМЕЩЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, включающий возбуждение и регистрацию характеристического сигнала исследуемого образца, определение параметра сигнала, по которому судят о степени замещения, отличающийся тем, что в качестве характеристического сигнала регистрируют сигнал свободной индукции (ССИ) протонов, дополнительно регистрируют его для эталонного образца, определяют амплитуды коротких компонентов сигналов как для исследуемого, так и для эталонного образцов, расчитывают параметр K по формуле
K = 1-A^и_к·m_э/A^э_к·m_и,
где A^'_к и A^b_к - соответственно амплитуды короткой компоненты ССИ эталонного и исследуемого образцов;
m_э и m_и - соответственно массы эталонного и исследуемого образцов, предварительно высушенных до постоянной массы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2