Способ определения концентрации раствора

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА, заключающийся в охлаждении предварительно нагретого раствора, отличающий ся тем, что,с целью повышений точности измерений и расширения области применения за счет обеспечения возможности исследования переохлаждающихся растворов, исследуемый раствор вводят в капилляр, охлаждают до температуры начала спонтанной кристаллизации , нагревают до исходной температуры , повторно охлаждают до температуры, на 10-20% превышанядей температуру спонтанной кристаллизации , вызывают кристаллизацию раствора и по скорости перемещения границы твердой фазы с учетом градуировочных кривых определяют концентрацию раствора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,Я0„„1О73657 А

3(59 G 01 М 25 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (%4 ° j 1 ° 1). fl

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 3,, -;„,"., -;:.. - ;

К ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21 ) 3513044/18-25 (22) 04.10 ° 82 (46) 15.02.84, Бюл. Р б (72) В.X.Èåæèäoâ,.С.Х.Межидов и В,Г.Краснобрыжев (71) Грозненский ордена Трудового

Красного Знамени нефтяной. институт им. акад. M.Д.Миллионщикова (53) 536.42 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 358659, кл. G 01 N 25/02, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 422259, кл . G 01 Н 25/02, 1972 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕННЫ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА, заключающийся в охлаждении предварительно нагретого раствора, отличающий ся тем, что,с целью повышения точности измерений и расширения области применения за счет обеспечеиия возможности исследования переохлаждающихся растворов, исследуемый раствор вводят в капилляр, охлаждают до температуры начала спонтанной кристаллизации, нагревают до исходной температуры, повторно охлаждают до температуры, на 10-20% превышающей температуру спонтанной кристаллизации, вызывают кристаллизацию раствора и по скорости перемещения границы твердой фазы с учетом градуировочных кривых определяют концентрацию раствора. Я

1073657

Изобретение относится к исследованиям физических величин растнорон, а именно к области определения концентрации растворов.

Известен способ определения содержания примеси в расплаве по тем- 5 пературе кристаллизации, согласно которому с помощью термометра сопротивления непрерывно измеряют температуру жидкого металла н процессе охлаждения, При достижении сплавом )Q температуры "ликнидус" температура стабилизируется, и измерительный прибор фиксирует площадку на кривой охлаждения, по которой судят о содержании примеси Г13.

Недостатком этого способа является то, что многие вещества склонны давать значительное переохлаждение, определяемое объемом пробы, скоростью охлаждения, наличием растворимых и нерастворимых примесей и т<.д, Это приводит к тому, что, работая с растворами при учете всех контролируемых факторов на одном и том же образце, получают широкий спектр значений температуры начала кристаллизации, Поэтому известный способ независимо от точности измерения температуры, приводит к большим ошибкам, связанным с природой янления кристаллизации, Исключением являются немногие вещества, не способные давать заметное переохлаждение.

Наиболее близким к предлагаемоянляется способ определения кон- 35

I центрации раствора, парафин в нефти), основанный на охлаждении предварительно н гретого раствора с последующим определением количества кристаллиэующегося парафина (21.

Недостаток данного способа заключается н том, что способ пригоден только для определения концентрации парафина н нефти и непригоден для большого количества растворов, дающих пересхлаждение. целью изобретения является повышение то ности измерений и pclc<<

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, основанному на охлаждении предварительно нагретого раствора, исследуемый раствор 55 вводят н капилляр, охлаждают до температуры спонтанной кристаллизации, нагревают до исходной температуры, повторчо охлаждают до температуры< на 10-208 пренышающей температуру спонтанной кристаллизации, ныэывают кристаллизацию растнора и по скорости перемещения границы твердой фазы

<= учетом градуировочных кривых опреде«яют концентрацию раствора, Время прохождения твердой фазой известного расстояния измеряют секундомером, а расстояние — по миллиметровой шкале.

Экспериментально установлено, что повторное охлаждение до температуры на 10-20Ъ выше температуры спонтанной кристаллизации обеспечивает возможность осуществления предлагаемого способа для определения кристаллизации широкого класса растворов, в том числе и способных к переохлаждению, с высокой точностью, поскольку именно в этих температурных границах обеспечиваются необходимые условия осуществления предлагаемого способа: высокая и постоянная скорость перемещения твердой фазы вдоль оси капилляра при неизменных условиях опыта.

Если же повторно охлаждать раствор до температуры, превышающей температуру спонтанной кристаллизации более, чем на 20%, то наблюдают непостоянство скорости кристаллического фронта твердой фазы, что приводит к ошибке в измерении концентрации до ЗОЪ на различных участках длины капилляра, т.е. в этом случае предлагаемый способ не может быть применен.

При повторном охлаждении раствора. до температуры менее чем íà 10%< превышающей температуру спонтанной кристаллизации, может возникнуть самопроизвольная кристаллизация в разных точках объема раствора, что не позволяет измерить скорость фронта с достаточной точностью, так как участки перемещения фронта твердой фазы оказываются очень малыми (1015 мм . Ошибка измерения концентрации при этом достигает 50%.

Экспериментально установлено, что скорость перемещения кристаллического фронта находится в строгой зависимости от концентрации растворенного вещества. Поэтому, используя градуировочную кривую занкси< ости скорости от концентрации, можно определить искомую концентрацию.

Градуировочные кривые строят в условиях, аналогичных опыту, к которым относятся: тип раствора, температурный режим, диаметр капилляра, последовательность проводимых операций. При этом используют несколько образцов (5-7) известной концетрации и для них определяют скорость фронта при неизменной температуре . диаметр капилляра и температура опыта указываются на градуироночной кривой и выбираются, исходя из удобства работы и простоты исполнения.

Оптимальными являются капилляры диаметром 1-2 мм и толщины стенок до

1 мм, выпускаемые отечественной про1073657

Составитель В.Зайченко

Техред И.метелева Корректор p -.tèìoêîcoâ

Редактор С .Тимохина

Заказ 320/4? Тираж 823 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, " осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 фи;иал ППП "Патент", г,Ужгород, ул.Проектная, 4 мышленностью. При построении градуировочных кривых и в опытах по определению концентрации используют одни и те же капилляры.

При переохлаждениях, близких к максимально возможным, граница твердой фазы перемещается в капилляре преимущественно за счет зарождения, а не роста кристаллов, и диффузия к твердой фазе незначительна. Поэтому не происходит существенного изменения концентрации примесей и растворенного вещества вдоль капилляра. Об этом свидетельствует равенство (с точностью до 2Ъ) скоростей перемещения границы твердой фазы на любом участке капилляра и то, что в капилляре не остается столб раствора, обедненный кристаллизующейся фазой.

Пример 1. Раствор нитрита калия в воде неизвестной концентрации при 20 C U-образный стеклянный капилляр внутренним диаметром 1,4 мм, толщиной стенки

1,2 мм и длиной 200 мм. Раствор охлаждают с любой скоростью (например, 1,5 С/мин) до массового появления в нем центров кристаллизации, что происходит при -13 С. Затем раствор о, нагревают до 20 С, выдерживают при этой температуре 5 мин и охлаждают до температуры -11,5ОС, что выше температуры спонтанной кристаллизации на 11,5Ъ, выдерживают при этой температуре 5 мин и возбуждают кристаллизацию путем касания иглой поверхности раствора. При этом все сечение капилляра заполняется эвтектической кристаллической фазой, которая перемещается вдоль капилляра, главным образом за счет зарождения кристаллов. Измеряя время прохождения границей твердой фазы известного расстояния, определяют скорость ее перемен;ения в капилляре.

Она равна 15-10 Зм/с. Далее определяют искомую концентрацию нитрата калия в воде по предварительно .построенному градуировочному графику зависимости скорости перемещения границы твердой фазы от концентрации. Искомая концентрация равна 90 кг/м3 н воспроизводится с точностью 5Ъ.

Добавление к растору равного ему количества воды и повторение опыта позволяет испольэовать градуировочную кривую в области большей чувствительности .

5 При этом результаты приводятся с точностью ЗЪ, Пример 2. Раствор нитрата калия в воде неизвестной концентрао ции при 90 С вводят в капилляр, указанный в примере 1. Охлаждение раствора с любой скоростью (например, о.

1,5 С/мин) приводит к массовому зарождению кристаллов при 45 С. РастО вор разогревают до 90 С, выдерживают при этой температуре 5 мин и охлаждают до 50 С, что на 11Ъ выше температуры спонтанной кристаллизации. Возбуждают кристаллизацию. При этом кристаллы нитрата калия образуют фронт твердой фазы, перемещающийся со скоростью 1,5 10 м/с. Согласно предварительно полученным градуировочным кривым определяют концентрацию. Она равна 1185 кг/мЗ.

Повторные опыты воспроизводят эту величину с точностью 5Ъ.

Из примеров 1 и 2 видно, .что предлагаемый способ позволяет определить концентрацию как для разбавленных, так и для сильно пересыщенных раст3Р воров, Кроме того, разбавляя или выпаривая раствор, можно проводить анализ при различных температурных условиях, доступных для имеющихся в наличии технических средств.

35 Использование предлагаемого способа определения концентрации растворов обеспечивает, по сравнению с известными способами, следующие преимущества: увеличение количест4р ва объектов, допустимых анализу одним методом в широком диапазоне температур, значительно повышается точность измерения концентрации для большого класса переохлаждающихся веществ, так как в основе предлагаемого способа лежит не температура начала спонтанной кристаллизации, которая является вероятностной характеристикой, а кинетика процесса кристаллизации на границе твердой фазы, воспроизводимо и точно отражаемая скорость ее перемещения, Согласно предлагаемому способу во всех случаях ошибка при сПределении концентрации составляет 3-5Ъ.