Способ определения содержания нелетучих соединений в неводных средах

Изобретение относится к аналитической химии и предназначено для экспрессного определения массового содержания нелетучих соединений в летучих органических растворителях, растворах, экстрактах на основе летучих соединений. Способ определения содержания нелетучих соединений в неводных средах заключается в применении в качестве весов пьезокварцевых резонаторов, нанесении на электроды резонаторов микрообъема анализируемой пробы, высушивании пробы и определении массы нелетучего осадка по разности частот колебаний резонатора до нанесения и после высушивания пробы, при этом согласно изобретению формируют контур из поливинилацетатного клея толщиной 1-2 мм на кварцевой пластине вокруг электрода, не захватывая электрод, высушивают контур и определяют частоту колебаний пьезокварцевого резонатора до нанесения на электроды анализируемой пробы. Способ согласно изобретению позволяет сократить продолжительность анализа до 30 мин; повысить производительность анализа - 4 пробы/час; уменьшить объем пробы для анализа до 1 мкл; повысить долговечность измерительных элементов - 1 сенсор не менее 10 измерений; существенно снизить габариты приборов для измерения нелетучих соединений. 2 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к аналитической химии и предназначено для экспрессного определения массового содержания нелетучих соединений в летучих органических растворителях, растворах, экстрактах на основе летучих соединений.

Известны методики определения фактических смол (нелетучих соединений)в неводных растворах, например, топливах: бензины, керосины [ГОСТ 8489-85 Топливо моторное. Метод определения фактических смол (по Бударову)], [ГОСТ Р 53714-2009 Топлива моторные, авиационные и дистилляты низкокипящие. Метод определения фактических смол выпариванием струей], заключающиеся в испарении определенного объема топлива при заданных температурах в статических или динамических условиях - при заданном расходе воздуха и пара с последующим определением массы остатка промытого растворителем.

Недостатком известных методик является длительность (не менее 1 часа), требуют наличия сложного, дорогостоящего и громоздкого оборудования, создания высокой температуры (не менее 300°С), большого объема пробы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения содержания солей в лечебно-столовых минеральных водах [Патент РФ №2015136757, МПК G01N 51/04. - Заявл. 31.08.2015: опубл. 10.01.2017], заключающийся в применении в качестве весов пьезокварцевых резонаторов, нанесении на электроды которых микрообъем раствора воды, высушивании пробы и определениимассы нелетучего осадка и содержания солей в пробе по разности частот колебаний резонатора до нанесения и после высушивания пробы.

Недостатком существующего способа является невозможность анализа неводных растворов, вследствие растекания пробы за границы тензочувствительной области электрода из-за малого поверхностного натяжения и отсутствие сходимости результатов измерения.

Техническая задача изобретения заключается в обеспечении возможности определении содержания нелетучих соединений в неводных растворах и средах, снижении стоимости и продолжительности анализа, электрозатратности, исключении сложного и дорогостоящего оборудования.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения содержания нелетучих соединений в неводных средах, заключающемся в применении в качестве весов пьезокварцевых резонаторов, нанесении на электроды которых микрообъема анализируемой пробы, высушивании пробы и определении массы нелетучего осадка по разности частот колебаний резонатора до нанесения и после высушивания пробы, формируют контур из поливинилацетатного клея толщиной 1-2 мм на кварцевой пластине вокруг электрода, не захватывая электрод, высушивают контур и определяют частоту колебаний пьезокварцевого резонатора до нанесения на электроды анализируемой пробы.

На Фиг. 1 представлен пьезокварцевый резонатор без контура.

На Фиг. 2 - пьезокварцевый резонатор с ограничивающим контуром.

Способ определения содержания нелетучих соединений в неводных средах осуществляется следующим образом.

Измерение содержания нелетучих соединений в неводных средах после удаления летучих соединений проводят на масс-чувствительном резонаторе объемно-акустических волн с базовой частотой колебаний 10,0 МГц и серебряными электродами диаметром 5 мм на кварцевой пластине (Фиг. 1), который выполняет функцию микровесов. Для предотвращения растекания неводных проб за границы тензочувствительной области (наибольшая чувствительность по массе), вследствие малого поверхностного натяжения и высокой смачиваемости поверхности, формируют на кварцевой пластине контур вокруг электрода, не захватывая электрод, толщиной 1-2 мм (Фиг. 2). Для этого с помощью капилляра диаметром 1 мм наносят окружность из поливинилацетатного клея. Сушат при температуре 95-100°С в течение 20 мин. Устанавливают резонатор в частотомер так, чтобы электрод с контуром были расположены горизонтально. Измеряют исходную частоту колебаний резонатора F₀ (МГц). Закрепляют в переносной держатель. Наносят внутрь контура, на электрод, микрошприцем анализируемую пробу объемом V_n=1 мкл без взвесей. Высушивают пробу в сушильном шкафу при температуре 95°С в течение 15 мин. Охлаждают резонатор в течение 5 мин в эксикаторе. Устанавливают, держа за ножки, в частотомер, измеряют повторно частоту колебаний F_c (МГц). Рассчитывают изменение частоты колебаний кварцевой пластины до нанесения пробы и после высушивания ΔF (МГц): ΔF=(F₀-F_c) и содержание нелетучих соединений S (мг/мл) по уравнению: , где 88105 - коэффициент чувствительности, мкг⋅МГц, V_n - объем пробы, мкл, После каждого анализа поводится механическая очистка, удаление нелетучих соединений с помощью ватного аппликатора, смоченного в спирте и прогрев очищенного резонатора в течение 5 мин при температуре 95°С. После чего резонатор вновь может быть использован.

Способ поясняется следующими примерами определения фактических смол - нелетучих соединений топлив.

Пример 1. Определение фактических смол на масс-чувствительном резонаторе без применения контура (Фиг. 1) на примере анализа бензина с октановым числом 92.

Обезжиренный этиловым спиртом резонатор объемно-акустических волн с базовой частотой колебаний 10,0 МГц и серебряными электродами диаметром 5 мм помещали в частотомер так, чтобы электроды были расположены горизонтально. Фиксировали исходную частоту колебаний резонатора, которая в примере составляет F₀=9,994127 МГц. Закрепляли резонатор в переносной держатель. На верхний электрод микрошприцем наносили анализируемую пробу объемом V_n=1 мкл. Высушивали пробу в сушильном шкафу при температуре 95°С в течение 15 мин. Охлаждали резонатор в течение 5 мин в эксикаторе и закрепляли в частотомер, не касаясь поверхности кварцевой пластины и электродов. Измеряли повторно частоту колебаний резонатора, которая составляет F_c=9,994120 МГц. Рассчитывали изменение частоты колебаний кварцевой пластины до нанесения пробы и после высушивания ΔF=(F₀-F_c)=(9,994127-9,994120)=0,000007 МГц. Содержание нелетучих соединений составляет:

Рассчитанное значение S не соответствует нормируемым содержаниям фактических смол в топливе, относительная погрешность определения для n=3 и p=0,95 составляет не менее 80%, что не приемлемо для анализа. Это объясняется растеканием пробы за пределы серебряного электрода, выполняющего функцию чаши весов при взвешивании.

Способ неосуществим.

Пример 2. Определение фактических смол с применением масс-чувствительного резонатора с контуром (Фиг. 2) на примере анализа бензина с октановым числом 92.

На обезжиренный этиловым спиртом резонатор объемно-акустических волн с базовой частотой колебаний 10,0 МГц, серебряными электродами диаметром 5 мм на кварцевой пластине, для предотвращения растекания неводных проб за границы тензочувствительной области, формировали на кварцевой пластине контур вокруг электрода, не захватывая область электрода, диаметром 1-2 мм (Фиг. 2). Для чего с помощью капилляра диаметром 1 мм наносили окружность из поливинилацетатного клея. Сушили при температуре 95-100°С в течение 20 мин. Устанавливали резонатор в частотомер так, чтобы электрод с контуром были расположены горизонтально. Фиксировали исходную частоту колебаний, которая в примере составляет F₀=9,996724 МГц. Закрепляли в переносной держатель. Наносили внутрь контура, на электрод, микрошприцем анализируемую пробу объемом V_n=1 мкл без взвесей. Высушивали пробу в сушильном шкафу при температуре 95°С в течение 15 мин. Охлаждали резонатор в течение 5 мин в эксикаторе и закрепляли в частотомер, не касаясь поверхности кварцевой пластины и электродов. Измеряли повторно частоту колебаний резонатора, которая составила F_c=9,996391 МГц. Рассчитывали изменение частоты колебаний кварцевой пластины до нанесения пробы и после высушивания ΔF=(F₀-F_c)=(9,996724-9,996391)=0,000333 МГц, и содержание нелетучих соединений S (мг/мл) в бензине:

После анализа поводят механическую очистку, удаление нелетучих соединений с помощью ватного аппликатора, смоченного в спирте и прогрев очищенного резонатора. Рассчитанное содержание нелетучих соединений соответствует возможным содержаниям фактических смол в бензине, относительная погрешность определения для n=3 и p=0,95 составляет не более 20%, что приемлемо для анализа.

Способ осуществим.

Как видно из примеров и фигуры, положительный эффект по способу определения содержания нелетучих соединений в неводных средах достигается при применении масс-чувствительного резонатора объемно-акустических волн с базовой частотой колебаний 10,0 МГц и серебряными электродами диаметром 5 мм на кварцевой пластине (Фиг. 1), формированием контура на кварцевой пластине вокруг электрода, не захватывая электрод, толщиной 1-2 мм (Фиг. 2), сформированного с помощью капилляра диаметром 1 мм поливинилацетатным клеем, который сушат при температуре 95-100°С в течение 20 мин.

Способ определения содержания нелетучих соединений в неводных средах позволяет:

- определять нелетучий остаток в неводных растворах и средах (топлива, летучие органические растворители, растворы, экстракты на основе летучих растворителей и т.д.);

- сократить продолжительность анализа до 30 мин;

- повысить производительность анализа - 4 пробы/час;

- уменьшить объем пробы для анализа до 1 мкл;

- повысить долговечность измерительных элементов - 1 сенсор не менее 10 измерений;

- существенно снизить габариты приборов для измерения нелетучих соединений.

Способ определения содержания нелетучих соединений в неводных средах, заключающийся в применении в качестве весов пьезокварцевых резонаторов, нанесении на электроды резонаторов микрообъема анализируемой пробы, высушивании пробы и определении массы нелетучего осадка по разности частот колебаний резонатора до нанесения и после высушивания пробы, отличающийся тем, что формируют контур из поливинилацетатного клея толщиной 1-2 мм на кварцевой пластине вокруг электрода, не захватывая электрод, высушивают контур и определяют частоту колебаний пьезокварцевого резонатора до нанесения на электроды анализируемой пробы.