Способ определения содержания азота в нитратах целлюлоз

Изобретение относится к способам определения содержания азота в нитратах целлюлоз (НЦ). Способ включает измельчение нитратов целлюлоз, определение оптической плотности и вычисление содержания азота по заранее построенному калибровочному графику, причем нитраты целлюлоз смешивают с бромистым калием в соотношении 1:3, затем смесь прессуют в присутствии ацетона с одновременным вакуумированием пресс-формы, полученные таблетки фотометрируют с определением оптической плотности D двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1 и рассчитывают величину отношения K=(D_ν=1280)/(D_ν=1060). Достигается упрощение процесса определения азота в нитратах целлюлоз за счет исключения операции взятия точной навески, сушки и растворения образца. Способ определения азота обладает высокой степенью экспрессности, прост в исполнении, нет необходимости использовать токсичные реактивы, такие как тетрагидрофуран и ртуть. 2 табл.

 

Изобретение относится к способам определения содержания азота в нитратах целлюлоз (НЦ).

Известен способ определения содержания азота в нитратах целлюлоз по теплоте взрывчатого превращения (калорийности) (В.И.Гиндич, Л.В.Забелин, Г.Н.Марченко. Производство нитратов целлюлоз. ЦНИИНТИ, 1984, с.332). Метод основан на определении теплоты превращения с последующим расчетом содержания азота (в процентах или миллилитрах NO/г).

Калорийность определяется экспериментально в калориметрических установках. Навеску нитратов целлюлоз помещают в калориметрическую бомбу, создают в ней вакуум до 3 мм рт.ст. остаточного давления, затем погружают бомбу в калориметрический сосуд с водой и зажигают навеску с помощью электрического тока. По окончании опыта определяют подъем температуры воды в калориметрическом сосуде. По повышению температуры воды и навески вычисляют калорийность нитратов целлюлоз в килокалориях на килограмм. Калорийность Q_v(ж) химических нитратов целлюлоз достаточно точно увязывается с содержанием азота следующими уравнениями:

N=(0,0077Q_v(ж)+5,15)%;

N'=(0,123Q_v(ж)+82,3) мл NO/г

Способ отличается многоступенчатостью и длительностью, необходимостью взятия точной навески НЦ, высушенной до постоянной массы и взвешенной с погрешностью 0,0002 г, проведением многократного отсчета температур с точностью до 0,001°С и применяется для определения содержания азота в основном для низкоазотных нитратов целлюлоз, как коллоксилины.

В практике аналитического контроля пороходелия используется нитрометрический метод определения азота - метод Лунге (В.И.Гиндич, Л.В.Забелин, Г.Н.Марченко. Производство нитратов целлюлоз. ЦНИИНТИ, 1984, стр.327), основанный на стехиометрическом выделении азотной кислоты при разложении НЦ серной кислотой. Образующаяся азотная кислота, взаимодействуя с металлической ртутью, восстанавливается до окиси азота, выделившийся объем которой пропорционален содержанию азота в НЦ [ГОСТ В 9197-75. НЦ. Методы определения содержания азота].

Метод длителен и трудоемок, при анализе используется большое количество ртути (5 кг), что экологически небезопасно (аналоги).

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ определения содержания азота в НЦ методом инфракрасной спектроскопии, при котором образец НЦ измельчают, сушат при температуре 65°С в течение 4 часов, затем образец НЦ растворяют в тетрагидрофуране, дают отстояться ночь в помещении, определяют оптическую плотность раствора НЦ в тетрагидрофуране при частоте 1660 см^-1 и вычисляют содержание азота в нитрате целлюлоз по заранее построенному калибровочному графику по формуле % N в НЦ=[(мг N / г раствора)•(граммы растворителя)]/[(граммы НЦ)•10][Analytical Chemistry, 1962, V.34,N 9, pp. 1167-1169] (прототип).

Метод достаточно точен, однако он требует большого времени на пробоподготовку образца, измельчение, взятие точных навесок НЦ, сушку НЦ до постоянного веса. Последнее крайне важно, так как в области 1600-1700 см^-1 имеется поглощение колебания гидроксильной группы воды, что в свою очередь может вызвать завышение результатов анализа.

Кроме того, длительное воздействие нитратов целлюлоз на тетрагидрофуран (C₄H₈O), в котором имеется кислород со свободной парой электронов, приводит к разрыву цикла и к образованию нежелательных этоксисоединений, которые влияют на результаты анализа. К тому же тетрагидрофуран является экологически небезопасным растворителем, обладающим канцерогенными свойствами.

Изобретением решается задача снижения влияния гидроксильной группы ОН воды на результат определения содержания азота в нитратах целлюлоз за счет того, что определяют оптическую плотность двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1, так как в этом диапазоне частот отсутствует поглощение колебаний гидроксильной группы ОН воды; предотвращения возможности образования побочных продуктов (этоксисоединений) за счет замены тетрагидрофурана, обладающего канцерогенными свойствами, на ацетон, что в свою очередь повышает точность определения азота, а также упрощения процесса за счет исключения операции взятия точной навески, сушки и растворения образца.

Отличительными признаками способа являются прессование нитратов целлюлоз в среде бромистого калия при соотношении нитрат целлюлоз:бромистый калий, равном 1:3 в присутствии ацетона с одновременным вакуумированием пресс-формы, фотометрирование полученных таблеток с определением оптической плотности двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1 и расчета величины отношения K=(D_ν=1280)/(D_ν=1060).

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем измельчение нитратов целлюлоз, определение оптической плотности и вычисление содержания азота по заранее построенному калибровочному графику, отличающийся тем, что нитраты целлюлоз смешивают с бромистым калием в соотношении 1:3, затем смесь прессуют в присутствии ацетона с одновременным вакуумированием пресс-формы, полученные таблетки фотометрируют с определением оптической плотности двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1 и рассчитывают величину отношения K=(D_ν=1280)/(D_ν=1060).

В типичном опыте перемешивают массу навески НЦ (с содержанием азота 10,5-14,0%) с бромистым калием в агатовой ступке в соотношении 1:3, помещают смесь в пресс-форму, добавляют ацетон и прессуют с одновременным отсасыванием ацетона из пресс-формы. За счет добавления растворителя и вакуумирования уменьшается степень рассеивания света и увеличивается прозрачность. Выбор соотношения НЦ:KBr= 1:3 обусловлен тем, что при соотношении НЦ:KBr<1:3 получается малая интенсивность полос поглощения, а при НЦ:KBr≪1:3 происходит сильное помутнение таблеток.

Полученные таблетки фотометрируют на ИК-спектрофотометре и определяют оптическую плотность двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1, рассчитывают величину отношения K=(D_ν=1280)/(D_ν=1060) и по заранее построенному графику определяют содержание азота в НЦ. Проводят два параллельных определения и рассчитывают среднее арифметическое значение, округленное до второго знака после запятой.

Построение калибровочного графика проводят по трем-четырем эталонным образцам НЦ с известным содержанием азота.

Определение азота в эталонных образцах проводят методом Лунге.

Расхождение между параллельными определениями не должно превышать 0,8 мл NO/г.

Способ определения азота обладает высокой степенью экспрессности (время анализа 10-15 минут), прост в исполнении, отпадают операции взятия точной навески, сушки и растворения образца, нет необходимости использовать токсичные реактивы, в том числе ртуть.

Перспективно применение способа определения азота на пофазном контроле, где необходима быстрая коррекция технологического процесса нитрации целлюлозы.

Результаты определения азота по стандартному методу Лунге и по предлагаемому нами способу приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
NN	Содержание азота в мл NO/г
пп	Нитрометрический метод (метод Лунге)	Предлагаемый способ	Расхождение
1.	196,0	196,4	+0,4
2.	196,9	195,6	+1,3
3.	210,2	210,0	-0,2
4.	214,1	214,6	+0,5
5.	208,6	208,0	-0,6
6.	213,9	214,5	-0,6
7.	195,7	195,9	+0,2
8.	194,4	195,0	-0,4
9.	203,5	202,8	-0,7
10.	206,9	207,1	+0,2

Таблица 2
NN	Определение содержания азота предлагаемым способом в образце НЦ
пп	В мл NO/г	Среднее арифметическое	Расхождение между параллельными	В%	Среднее арифметическое	Расхождение между параллельными
1.	192,0			12,05
		192,3	0,5		12,07	0,03
2.	192,5			12,08
3.	191,8			12,04
		192,0	0,4		12,05	0,02
4.	192,2			12,06
5.	192,4			12,01
		192,3	0,2		12,04	0,05
6.	192,2			12,06

Способ определения содержания азота в нитратах целлюлоз методом инфракрасной спектроскопии, включающий измельчение образца нитратов целлюлоз, определение оптической плотности и вычисление содержания азота по заранее построенному калибровочному графику, отличающийся тем, что нитраты целлюлоз смешивают с бромистым калием в соотношении 1:3, затем смесь прессуют в присутствии ацетона с одновременным вакуумированием пресс-формы, полученные таблетки фотометрируют с определением оптической плотности D двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1 и рассчитывают величину отношения K=(D_ν=1280)/(D_ν=1060).