Способ определения содержания клейких веществ в хлопковом волокне
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 33/36,21/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4829593/12 (22) 04,04,90 (46) 15.12,92. Бюл. М 46 (71) Фрунзенский политехнический институт (72) Л.С.Щелохова (56) ГОСТ 3279-76, доп. М 6, 01.09.89 (проба
Бенедекта). (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КЛЕЙКИХ ВЕЩЕСТВ В ХЛОПКОВОМ
ВОЛОКНЕ (57) Использование: при определении качества хлопкового волокна в хлопкообрабатывающей промышленности. Сущность изобретения: пробу волокон обрабатывают
Изобретение относится к легкой (хлопкоперерабатывающей текстильной) промышленности, направлено на осуществление контроля за качеством хлопкового волокна, хлопка-сырца для обнаружения клейких веществ.
Ближайшим прототипом является проба Бенедикта, с помощью которой находят степень поражения хлопкового волокна
"медвяной росой", придающей клейкость вол о к ну. По этому методу on редел я ется и рисутствие восстанавливающих сахаров (альдоз). однако наличие. кетоз, олиго- и полисахаридов не фиксируется. К другим недостаткам указанного метода является: слабая чувствительность, балы ой расход дорогостоящих реактивов на анализ одного образца, неустойчивость раствора при хранении, относительность оценки степени поражения (визуально "слабо", "средне",.
"сильно").
Целью изобретения является повышение достоверности результатов анализа за
» БЫ,, 1781692 А1 водой, после экстракции клейких веществ полученный раствор обрабатывают серной кислотой.в количестве 3,68-9,20 r и фенолом в количестве 0.05-0,10 r на 1 мл раствора.
Дополнительно готовят контрольные растворы водорастворимого крахмала с KDHцентрацией от 0,2 до 1,0, мг/мл и обрабатывают теми же реактивами. Измеряют оптическую плотность полученных растворов, а количество клейких веществ в волокне определяют по калиброво Гному графйку зависимости оптической плотности растворов крахмала от их концентрации. 5 табл. счет использования инструментального метода, увеличения чувствительности по всем видам сахаров: моно-, олиго- и полисахаридов различного происхождения, удешевление процесса за счет простых и дешевых реактивов.
Поставленная цель достигается тем, что хлопковое волокно подвергают экстракции водой для извлечения клейких веществ с поверхности волокна с последующей обработкой раствора химическими реагентами.
В результате образуется окрашенный раствор, оптическая плотность которого измеряется при заданной длине волны инструментально, с помощью метода спектроскопии в видимой части спектра.
Сущность изобретения заключается в том, что определяют суммарное количество моно-, олиго- и полисахаридов, содержащихся в водном экстракте с хлопкового во- локна, различного природного происхождения: клейкий бактериоз, гоммоз, грибковое поражение и т.д. Применяе1781602 мые реагенты — раствор фенола и серной кислота чувствительны к этому. классу соединений и не реагируют с другими представителями классов органических соединений (белки, амины, кислоты; моноспирты, жировоска и т.п.), а также с искусственными загрязнителями: пылью, минеральными удобрениями, пестицидами, дефолиантами, которые могут присутствовать в массе хлопкового волокна. " 1.- 2
В сильйокислой средне сначала-происходит гидролиз олиго- и полисахаридов до моносахаридов, далее происходит дегидратация сахаров, которые реагируют с фенолом, образуя окрашенные соединения: кони. Н250о (ГК,,О )„ Н О (CgH, О)
nonumep ионосакорнь хаемон х охоошсннюч хоинпохс
В данную реакцию вступают не только гексоэы, но и пентозы, обычно присутствующие в природных материалах. Процесс протекает быстро в одном растворе без и ромежуточных обработок. Концентрация полученного окрашенного, комплекса линейно зависит.от оптической плотности раствора и подчиняется закону Ламберта-Бугера-Бера в пределах от 0,2 до 1,0 мг/л клейких веществ в экстракте. Максимум поглощения комплекса находится при 430-490 нм. Это позволяет испольэовать метод спектрофотометрии (фотоэлектроколориметрии) в видимой части спектра. Способ чувствителен к концентрации 0,1 мгlмл сахаров и имеет высокую воспроиэводимость; 0,02%.
Как видно из схемы реакции, серная кислота должна быть высокой концентрации, достаточной для процесса гидролиза и дегидратации, а также конденсации фенола с продуктами дегидратации моносахаров. В то же время количество фенола следует испольэовать так, чтобы он полностью прореагировал со всеми имеющимися моносахарами, и сохранялась устойчивость окрашенного комплекса (как известно, большое разбавление реагейтов вызывает снижение прочности комплекса и ведет к его разложению). В то же время переизбыток серной кислоты способен разлагать органические вещества, разрушать и сам комплекс. Как видно из таблицы 1, разбавление среды экстрактом, избыток серной кислоты или недостаток фенола (п.п.1-6) не способствуют интенсивному развитию окраски. Недостаток серной кислоты, менее
3,68 гlмл экстракта, также отрицательно влияет из-за неполноты химического превращения (n,ï. 1-4, 8), Избыток раствора фе20
4 нала из-за разбавления также способен снижать оптическую плотность (и. 9).
Влияние соотношения компонентов реакции на оптическую плотность раствора.
Условия исследования: фотоэлектроколориметр марки "КФО", длина волны — 490 нм, толщина кюветы — 0,5 см, раствор сравнения — холостой опыт (табл. 1), Для анализа были выбраны оптимальные соотношения реагентов на 1 мл водного экстракта, когда получается максимальная оптическая плотность (п.10). Следует отметить, что ни серная кислота, ни фенол, ни их смеси не, поглощают при заданной длине волны и потому не влияют на величину onтической плотности исследуемого раствора.
Для нахождения концентрации клейких веществ в экстракте хлопкового волокна было подобрано вещество-стандарт. Прове-. денные исследования качественного состава растворенных веществ методом инфракрасной спектроскопии, тон кослойной хроматографии показали, что кроме жировосков, присущих природному хлопковому волокну, присутствуют в значительном количестве углеводы, Основной компонент— глюкоза и ее олигомеры, по природе близкие к декстранам, есть ди- и трисахариды, содержащие фруктозу, ксилозу, т.е, пентозы. Это находится в соответствии сданными для клейких сортов хлопкового волокна эа рубежом. Поэтому использование крахмала-декстрана для приготовления контрольных растворов основано на следующих признаках, одинаковых с признаками клейких веществ:. растворимость в воде; глюкозный состав полимерной цепи; устойчивость полученного окрашенного комплекса с фенолом в сернокислой среде; максимум поглощения комплекса также приходится на 430-460 нм; растворы комплекса подчиняются закону Ламберта-Бугера-Бера в необходимом интервале концентраций..Если учесть, что продукты конденсации фенола с пентозами и гексозами дают одинаковую хромофорную группу, т.е, поглощавт в одной области спектра, то универсальность такого подхода становится очевидной.
Для количественного анализа можно испольэовать либо калибровочную кривую, либо метод стандартов. Калибровочную кривую строили на основании оптической плотности растворов крахмала в интервале концентраций 0,2-1,0 Mr/Më, обработанных в условиях, аналогичных для исследования хлопкового волокна.
Данные для построения калибровочного графика по водорастворимому крахмалу1781602 декстрану. Прибор — "КФО", длина волны—
430 нм, кювета — 0,5 см, раствор сравнения — холостой опыт (табл. 2).
В случае, если концентрация клейких веществ в волокне превышает указанные концентрации, то возможно перейти на кюветы с более тонким слоем раствора. Кроме указанного способа успешно может применяться метод стандартных растворов для нахождения концентрации клейких веществ. Этот метод имеет ряд преимуществ перед методом калибровочной кривой, т.к. учитывает побочные эффекты: погрешности в измерении концентраций, количеств веществ, исходную окрашенность волокна неклейкими веществами. По этому способу в одной серии обследуемого волокна одновременно обрабатывается стандартный раствор крахмала с концентрацией 0,5 мг/Mn раствора. Учитывая линейность зависимости оптической плотности от концентрации раствора, сравнивают оптические плотности экстрактов с хлопкового волокна со стандартным раствором, Метод стандартов особенно. пригоден, если идет партия с различным содержанием клейких веществ("пестрые образцы" ) в хлопковом волокне.
Расчет ведут по формулам:
1) для калибровочного графика КВ=С 2, где / К — процентное содержание клейких веществ в волокне;
С вЂ” количество клейких веществ, мг/мл, определенных по калибровочной кривой.
Режим обработки волокна: 1,000 г волокна экстрагируют горячей водой М 1:20, затем для анализа отбирают 1 мл экстракта.
2) по методу стандартов /KB-=D„. D„„„ где %К — процентное содержание клейких веществ в волокне;
D D«. — оптическая плотность стандартного раствора крахмала, содержащего 0,5 мг/мл вещества. Использование предлагаемого способа нэ производстве позволяет контролировать хлопковое волокно на поражение клейкими веществами на различных стадиях: хлопоксырец, волокно после очистки на хлопкоочистительных заводах, сырье для хлопкопрядильных, хлопкоткацких производств, Благодаря высокой производительности (12 образцов в час), э1 от метод может применяться при большом потоке хлопка в производстве. Пример 1. Для анализа готовят среднюю пробу хлопкового волокна обычным способом. В аналитические стаканы емкостью 50-100 мл на аналитических весах с точностые до 0,0001 г берут навеску волокна .массой 1 г(волокно может быть как воздуш5 но-сухое, так и кондиционированное до 7 $ влажности). Реактивы: дистиллированная вода, фенол кристаллический, ч.д.а., серная кислота, концентрированная, плотностью 1,84 г/мл, 10 квалификации ч.д.а. или хч., крахмал водорастворимый (декстран). Готовят 10; -ный раствор фенола в воде, дают отстояться в течение суток и используют прозрачную, бесцветную часть 15 раствора. Крахмал просушивают в течение 4-х часов при 80 С в сушильном шкафу. Приготовление раствора крахмала для калибровочной кривой. На аналитических весах в бюксе берут О, t000 r крахмала и 20 количественно переносят в мерную колбу на 100 мл. Добавляют примерно половинное количество воды и ставят колбу на кипящую водяную баню, где выдерживают до получения полностью прозрачного раствора; За25 тем колбу охлаждают под струей воды и доводят дистиллйрованной водой до метки, B этом растворе на 1 мл приходится 1 0 мг крахмала (стандарт 1Ф 1). Пипеткой отбирают 10, 20, 30.„90 мл раствора стандарта М. 30 1 в мерные колбы на 100 мл и доводят дистиллированной водой до метки. Получают серию растворов для калибровочной кривой, которые содержат 0,1; 0,2; 0,3...1,0 мг/мл крахмала. Растворы крахмала хранят 35 не более одних суток в холодильнике. Построение калибровочной кривой. Из каждой колбы отбирают по 1 мл раствора крахмала с возрастающей концентрацией и переносят в пробирку, В каждую пробирку 40 последовательно добавляют по 0,5 мл 10 ного раствора фенола, перемешивают стек-лянной палочкой, а затем из бюретки осторожно по стенке приливают по 2,0 мл концентрированной серной кислоты. Снова 45 хорошо перемешивают и ставят все пробирки одновременно на кипящую водяную баню на 5 минут для развития окраски. По истечении времени (работать по секундомеру) пробирки охлаждают под током воды, 50 перемешивают содержимое и измеряют оптическую плотность на приборе фотоэлектроколориметре при длине волны 430-490 нм. Данные заносят в таблицу, и по ним строят калибровочную кривую (прямую), 55 Данные для построения калибровочной кривой по водорэстворимому крахмалу. (Получены на приборе "КФО" с кюветой 0,5 см), табл. 3. Для снижения вероятности различных ошибок измерения, построение кривой по7 1781602 20 30 40 %КВ Ост пт вторяют три раза. Расхождения в значениях оптических плотностей не должно превышать 0,02. Обработка хлопкового волокна для анализа. В стаканчик с навеской хлопкового волокна добавляют 20,0 мл дистиллированной воды (М 1:20), ставят на кипящую баню и при перемешивании стеклянной палочкой (волокно должно быть все смоченным водой) выдерживают в течение 15 минут, чтобы вещества успели хорошо проэкстрагироваться. Если тепловую обработку вести более 30 минут, то происходит частичное разложение клейких веществ и результаты получатся заниженными. Затем стаканчик снимают с водяной бани, охлаждают и отжимают волокно через стеклянную воронку от экстракта. В пробирку отбирают пипеткой 1,0 мл полученного экстракта, добавляют 0,5 мл 10 -ного раствора фенола и 2,0 мл концентрированной серной кислоты. Таким же образом обрабатывают параллельную пробу экстракта. Если анализируется несколько партий волокна, то от каждой партии берут по две параллельной пробе. Пробирки ставят на кипящую водяную баню (содержимое должно быть перемешано стеклянной палочкой) на 5 минут для развития окраски. Затем снимают, охлаждают водой и измеряют оптическую плотность аналогично для растворов крахмала. Данные наносят в таблицу, находят зйачения средних оптических плотностей в параллельных пробах, с их помощь1о на ка, либровочной кривой определяют количество клейких веществ в растворе. Процентное содержание вычисляют по формуле С . 10 — 3 / % КВ-С 10 Ч m где KB — процентное содержание клейких веществ в волокне; С вЂ” содержание клейких веществ по калибровочной кривой, мг/мл; V — объем воды, добавленной к навеске волокна, мл; m — масса волокна, взятая для анализа. Если. берут 20 мл воды (M 1:20) на 1,0 r волокна, то указанная формула примет вид % КВ=2 С. Определение содержания клейких веществ в хлопковом волокне с помощью калибровочной кривой дано в табл. 4. (Измерения производили для хлопкового волокна Бухарского, Чарджоусского, Кара-суйского хлопкоочистительных заводов), В случае, если волокно содержит клейких веществ выше 2,0% по массе, то переходят на кюветы с более тонким слоем. Раствором сравнения во всех случаях служит холостой опыт. Пример 2. Полученные данные обрабатываются по методу стандартов, т,е. сравнения и расчет ведут по оптической плотности стандартного раствора крахмала. Приготовление стандартного раствора крахмала. На аналитических весах с точностью до 0,0001 г берут навеску 0,05 г водорастворимого крахмала — декстрана. Количественно переносят в мерную колбу объемом на 100 мл, добавляют половинное количество дистиллированной .воды и ставят на водяную баню при кипении воды до получения полностью прозрачного раствора. Затем колбу снимают, охлаждают и доводят дистиллированной водой до метки. В полученном растворе концентрация составляет 0,5 мг/мл. Данный раствор пригоден к употреблению в течение 1 суток, Выполнение анализа, В стаканчики емкостью 100-150 мл вносятся навески хлопкового волокна массой 1;000 г, по две параллельных пробы от каждой партии (используют средние пробы волокна). В каждый стаканчик отмеряют 20,0 мл дистиллированной воды (М 1:20) и ставят на кипящую водяную баню. В течение 15 мин экстрагируют при активном перемешивании стеклянной палочкой, Важно, чтобы волокно все время находилось под водой и хорошо смачивалось. Затем стаканчики снимают с водяной бани, охлаждают и отжимают волокно через стеклянную воронку. Из каждого стаканчика пипеткой отбирают по 1,0 мл экстракта, который переносят в пробирку. Готовят по две параллельных пробы, Одновременно берут две параллельных пробы по 1,0 мл раствора крахмала-стандарта, приготовленного предварительно. В каждую пробирку вносят по 0,5 мл 10%-ного раствора фенола, перемешивают, затем добавляют по 2,0 мл концентрированной кислоты, тоже пеоемешивают и все пробирки одновременно ставят на кипящую водяную баню. Выдерживают в течение 5 минут для развития окраски, Затем растворы снимают, охлаждают током воды и измеряют оптическую плотность на фотоэлектроколориметре относительно холостого опыта. Расчет производят по формуле где % KB — процентное содержание клейких веществ в волокне; С вЂ” концентрация крахмала в стандартном растворе, мгlмл; 1781602 Таблица1. D
0 — оптическая плотность стандартно- . го раствора крахмала; V — объем воды, мл, взятый для экстра- 5 кции, модуль ванны; m — навеска волокна, используемая для анализа, г. Если C=0,50 мг/мл, а объем воды для экстракции — 20 мл, масса навески волокна рав- 10 на 1,000 r, то формула примет вид КВ ст Производительность данного метода составляет12 проб вчас. В случае, если посту- 15 пает серия с высоким содержанием клейких веществ, более 2,0 по массе, то для получения более стабильных результатов следует перейти на кювету с тонким слоем. Определение содержания клейких ве- 20 ществ в хлопковом волокне методом стандарта (Прибор — "КФО", кювета — 0,5 см, раствор сравнения — холостой опыт). Длина волны — 430 нм (табл.5). Сущность заявленного технического ре- 25 шения может быть охарактеризована следующей совокупностью признаков. Способ определения клейких веществ в хлопковом волокне, заключающийся в том, что навеску хлопкового волокна обрабаты- 30 вают водой и экстрагируют из него клейкие вещества, после чего обрабатывают полученный раствор экстракта реактивами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результатов определения и их до- 35 стоверности, дополнительно готовят контрольные растворы водорастворимого крахмала с концентрацией от 0,2 до 1,0 мг/мл и обрабатывают их теми же реактивами, после чего измеряют оптическую плот- 40 ность этих растворов и раствора экстракта клейких веществ, обработанного реактивами, при этом в качестве реактивов используют серную кислоту и фенол в следующем соотношении в расчете на 1 г/мл раствора: Серная кислота 3,68-9,20 Фенол " 0050,10, а количество клейких веществ в хлопковом волокне определяют по калибровочному графику зависимости оптической плотности растворов водорастворимого крахмала от их концентрации или по оптической плотности стандартного раствора крахмала. Формула изобретения Способ определения содержания клейких веществ в хлопковом волокне, заключающийся в том, что навеску хлопкового волокна обрабатывают водой и экстрагируют из него клейкие вещества, после чего обрабатывают полученный раствор экстракта реактивами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результатов определения и их достоверности, дополнительно готовят контрольные растворы водорастворимого крахмала с концентрацией от 0,2 до 1,0 мг/мл и обрабатывают их теми же реактивами, после чего измеряют оптическую плотность этих растворов и раствора экстракта клейких веществ, обрабо-. танного реактивами, при этом в качестве реактивов используют серную кислоту и фенол в следующем соотношении в расчете на 1 мл раствора, г: Серная кислота 3,68-9,20; Фен ол 0,05-0,10, а количество клейких веществ в хлопковом волокне определяют по калибровочному графику зависимости оптической плотности растворов водорастворимого крахмала от их кон центра ции. 1781602 Таблица2 0,3 0,7 0,8 0,5 0,6 0,4 0,2 0,1 0,77 0,67 0,53 0,38 мгlмл 0,44 0,29 0,24 0,15 0,08 Таблица3 Таблица4 Таблица5 Составитель Л.1Целохова Техред М.Моргентал > Корректор Л,Лукач Редактор Заказ 4271 Тира>к Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Произяпдсгвенно издательский комбинат "Патен f", г, У>кгррд, yn,Гагарина, 101
