Жидкостной калориметр-титрометр

 

(61) Дополнительное к авт. синд-ву(22)Заивлено21.03.777(2! ) 24:14769/3 Я 1 0 (5f ) с присоединением заявки K— (23) Приоритет—

Гжудврстsвввь! i квинтет

СССР вв дивв киорствнвй в втк щ(нк

Опубликовано 05.l0.79. Бюллетень M Э7

Дата опубликования описания 15.1 0.79 (53) УДК 536. .628.3 (088.8) (72) Авторы нзооретеиия

И. П. Гольдштейн, Т. И. Перапелкова, Г. H. Гурьянова, Ф. Я. Фролов и O. С. Беселов (7t) Заявитель (54) ЖИДКОСТНОЙ КЛЛОРИМЕТР-ТИТРОМЕТР

Изобретение относится к области теплофизических изменений, а именно к созданию жидкостного калориметра для определения термодинамнческих параметров быстрых процессов протекающих в жидЭ

5 кой фазе, методом калориметрического титрования (КТ). Сущность метода КТ заключается в измерении количества тепла, выделяющегося в ячейке, заполненной раствором одного из компонентов (титруемый раствор) при последовательном многократном добавлении к нему другого компонента или его раствора (титрант)

И звесте и жидкостной кало р|1м ет р для i g тнтрования, состоящий из калориметрической ячейки, снабженной мешалкой и датчиком температур ы„и зотермиче ской оболочки и блока измерения температуг„) ры (+g 20

Его основными недостатками является отсутствие герметических условий измерений (т.е. невозможность проводить

КТ в условиях, полностью исключающих контакт исследуемых веществ с окружающей средой); отсутствие приспособлений для инжекционной подачи термостатируемого титранта; большая трудоемкость измерений и необходимость при непрерывной подаче титранта )-читывать инерционность системы регистрации температуры, что исключается при многократной ипжекционной подаче, когда временной интервал между порциями задается экспериментатором.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для КТ, содержащее калориметрическую ячейку с мешалкой, помещенную в термостат, измерительный блок и блок электрической калибровки (21 .

Зтот калориметр имеет ряд недостатков, связанных с конструкцией мешалки и отсутствием инжектирующего доватора для подачи порции термостатированного титранта. Наличие вращающегося в муфте цилиндрического шлифа не обеспечивает полной герметичности ячейки, по :тоянства скорости перемешивания и связано со значительным тепловыделением за счет трения, Отсутствие постоянно соеди пенного с ячейкой дозиру ющего устройства приводит к необходимости открывать ее при каждом добавлении титранта.

При этом возникают ошибки, связанные с испарением исследуемых веществ и растворителя, а также с возможностью их гидролиза или окисления при контакте с атмосферой. Кроме того, к ошибкам в измерении тепловых эффектов приводит также подача в ячейку жидкости с температурой, отличающейся от температу:ры внутри ее. Добавление большого ко .личества порций титранта вручную (BB:пример, тридцати — сорока порций при исследовании термодинамики многостадийных процессов комплексообразования) делает измерения с помощью этого калориметра очень трудоемкими.

Пель изобретения — повышение точности определения термодинамических параметров быстрых жидкофа зных реакций при одновременном снижении трудоемкости и зме ре ни я.

Для этого ячейка предлагаемого калориметра-титрометра снабжена механизмом автоматической инжекционной дозировки в виде калибровочного цилиндра с поршнем, герметично соединенного с ячейкой через капилляр на шлифе, размещенном в термостатирующей рубашке, соединенной с термостатом, и управляющим блоком, а мешалка снабжена беско итак тной магнитной муфтой.

На чертеже представлена блок-схема калориметра.

Ячейка 1 представляет собой сосуд

Дьюара с пришлифованной крышкой 2, в которую впаяны термометр сопротивления, стеклянный карман 4 для нагревателя 5, заканчивающийся платиновым стаканом 6, и шлиф 7 капиляра 8 для по45 дачи жидкости. Стержень стеклянной проиеллерной мешалки 9 отцентрован в крышке и днище ячейки.

Верхняя часть мешалки представляет

50 собой бесконтактную магнитную муфту следующей конструкции: запаянный в стекло брусок 10 из магнитного материала, помещенный в сйециальную полость крышки ячейки и припаянный K стержню мешалки, и соединенный с синхронным электродвигателем 1 1 постоянный магнит 12, В калиброванный стеклянный цилиндр

13 с диаметром С(вставлен тефлоновый

690330 4 поршень 14, связанный со штоком 15 из нержавеющей стали. На резьбе в средней части штока размещается шестеренка 16, находящаяся в зацеплении с рейкой 17. Эта рейка связана шатуном 18 с кривошипом 19 с переменным плечом.

Для из ленения плеча кривошипа служит ползун 20 и винт 21. На оси приводного двигателя 22 помещен кулачок 23 с выступом в виде полуцилиндра. Напротив выступа расположен палец 24, жестко закрепленный "a платформе 25. На платформе имеется выступ 26, напротив которого находится микрспереключатель 27.

Напротив гайки 28 штока поршня дозатора расположен концевой выключатель

29. Микропереключатель, концевой выключатель и приводной электродвигатель включены в схему управляющего блока

30 дозатора.

В нижнюю часть калиброванного стекляного цилиндра вставлена снабженная термоизолирующей оболочкой тефлоновая капиллярная трубка 31, заканчивающаяся уплотняюшим приспособлением для крепления вставляемого в ячейку стеклянного капилляра. Для термостатирования подаваемой жидкости калиброванный цилиндр заключен в рубашку 32, соединенную с термостатом 33, служащим одновременно изотермической оболочкой ячейки.

Для заполнения дозатора нестойкими к кислороду и влаге воздуха веществами он снабжен сосудом 34, что позволяет производить эту операцию в атмосфере сухого инертного газа. Для свободного хода поршня служит разрезная гайка 35, освобождающая шток от зацепления с шестеренкой.

И змерительный блок 36 соединен с термометром сопротивления, а блок электрической калибровки 37 — с нагревателем.

Конструкция дозатора (крепеж) позволяет использовать сменные цилиндры 12 с различными диаметрами А и соответствующие им поршни 14 и трубки 31.

Это дает возможность широко варьировать максимальный общий объем титранта и минимальный объем единичной дозы.

Измерения тепловых эффектов и получение кривых КТ в предлагаемом калориметре-титрометре проводятся следующим образом.

Включают для прогревания измерительный блок 36, блок 37 для электрической калибровки и управляющий блок

5 690

30 доватором на холостой режим работы, Далее собирают дозатор и задают общий объем титранта с помощью гайки

28. Далее, изменяя плечо кривошипа 19 перемещением ползуна 20 винтом 21, задают нужный объем единичной дозы.

h Лс(Объем дозы равен, где рабочий ход поршня 14, зависящий от плеча кривошкпа 19.

С помощью реле времени управляющего блока 30 задают необходимый временной интервал между дозами. Освобождают шток 15 от зацепления с шестеренкой 16 с помощью гайки 34, погружают капилляр 8 в сосуд 34 с тич рантом, и путем перемещения штока вручную вверх заполняют титрантом цилиндр 13. Заполненный дозатор при» соединяют к ячейке 1 и термостату 33.

Затем ячейку 1 заполняют титруемым раствором и запускают мешалку 9 двигателем 11. Устанавливают нужнук температуру в ячейке и рубашке дозатора 25 с помощью термостата 33. После этих предварительных операций начинают процесс титрования. Для этого переключают на рабочий режим измерительный блок

36 и управляющий блок 30 дозатором. 30

При этом приводной электродвигатель 22 начинает вращать кулачок 23. Первую половину оборота кулачок не опирается на палец 24, и движение рейки 17 вправо с помощью шестеренки 16 передается з штоку 15, который перемещает поршень

14 вниз на величину И . При этом ааданная доаа термостатированного титранта инжектируется в ячейку 1. Количество выделившегося при этом тепла регули- 4о руется блоком 36. После завершения кулачком 23 половины оборота выступ иа нем попадает на палец 24, платформа 25 поворачивается и рейка 17 выходит из зацепления с шестеренкой 16. Одно- 45 временно при повороте платформы срабатывает микропереключатель 27, отличающий приводной электродвигатель и запускающий схему реле времени управляющего блока 30. Реле ьремени этого блока через установленный эксперимен, татором промежуток времени дает импульс на срабатывание спускового устройства, замыкающего на короткое время контакт еще одного реле электронного блока.. Этот контакт параллелен контакту микропереключателя 27, отключающему двигатель 22. Таким образом, через аа330 данный промежуток времени двигатель

22 снова начинает вращаться, и при перемешении кулачка палец 25 перестает на него опираться — начинается второй рабочий ход доватора. Одновременно плач

1 форма 25 поворачивается в исходное положение и освобождает микропереключатель 27, т.е. отключает реле времени и подключает контакт цепи двигателя °

Бо время рабочего хода параллельный ему контакт микропереключателя автоматически отключается, т,е. вся система приходит в исходное положение. Такие операции автоматически повторяются до тех пор, пока не будет получена полная кривая калориметрического титрования. Подача тктранта прекращается после того, как гайка 28 размыкает контакт концевого выключателя 29, отключающего электродвигатель.

Для установления цены деления регистрирующего прибора в тепловых единиQax В HecKonbKHK точках KpHBGA калориметрического титрования проводится электрическая калибровка калориметра по теплу Джоуля с помощью блока калиб-. ровки 37.

Таким образом, наличие у предлагаемого калориметра-титрометра, в отличие от прототипа, ячейки с магнитной мешалкой и блока дозировки для автоматической многократной кнжекционной подачи заданных порций термостатированной жидкости позволяет проводить весь процесс калориметркческого титрования в герметических условиях и полуавтоматическом режиме. Участие оператора требуется только в предварительной подготовке калориметра к работе и калибровке его по теплу Джоуля.

При этом повышается точность получаемых термодинамических параметров благодаря исключению ошибок, связанных с испарением, гидролизом, окислением исследуемых веществ и с разностью температур тктруемого раствора и титранта, а также за счет увеличения точности подачи титранта. Кроме того, резко снижается трудоемкость эксперимента и достигается быстрое и равномер-ное перемешивание реагирующих веществ при малом тепловыделеник за счет трения мешалки.

Формула изобретения

Жидкостной калориметр-титрометр, содержащий калориметрическую ячейку

690330!

t !

1 (!! !! !

1 !!

I II I!I ф

/ с мешалкой,,связанной с приводом, помещенную в термостат, измерительный блдк и блок алектрической калибровки, Ф

; о т л и ч а Е ш и tL с я тем„что, с

„-целью повышения точности определе!Ния термОдинамических параметрОв быстрых жидкофазных реакций при одновременнж снижении трудоемкости измерения, в нем ячейка снабжена механизмом автоматическОЙ инжекциОннОЙ дОзирОвки, выпОл

Ионным в виде калибровочного цилиндра

С ПОРШНЕМр ГЕРМЕТИЧНО СОЕДИНЕННОГО С

ЦНИИГ!И "- àêàç 595! /38

Тираж 766 Подписное

Фнлиии IØÏ "tlamui." г. Ужгород, ул. Проектная, =1ячейкой ч=.-pe 3 капилляр на UJIIII)IBq pQB- " ме!пенном в термостатирующеД рубашке, соединенной с термостатом, и GIIOKoì

УПРЗВЛЕНИЯ, йи IGUIBIIKB СВЯЗапа С ПРИ-" подом бесконтактной магнитной м,"!Той.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

j..Aria ChCn - SCn.nd,la<, 5 (>..96m), 2. гольдштейн И. П., Гурья!!Ова !:-;. Н..

КаРПОВИЧ И. Р. и!иУРНДЛ ФИЗИЧЕСКая химия", 3 9 32 1 96 5.