Способ определения адсорбции компонентов жидких растворов в поверхностном слое
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (»)957064 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 17.07.79 (21) 2796246/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5I) М. Кл з
G 01 N 13/00
Гасударственный камитет
Опубликовано 07.09.82. Бюллетень №ЗЗ
Дата опубликования описания 17.09.82 (53) УДК 543.542 (088.8) ла делам иэабретаний и атхрмтий
С H. Задумкин, И. Г. Шебзухова, Л. С. Задумкина и Х. Б. Хоконов (72) Авторы изобретения
Кабардино-Балкарский государственный университет (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДСОРБЦИИ КОМПОНЕНТОВ
ЖИДКИХ РАСТВОРОВ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ
Xi (1-Õ1) d 6
Г1 =- я,т,1м;
20 ь (зч ) /э РиА
Изобретение относится к определению физико-химических характеристик поверхности вещества, в частности адсорбции из раствора, играющей важную роль на практике в различных областях техники и технологии — при очистке жидкостей от вредных примесей, в частности нефтепродуктов, при выделении ценных веществ из отходов, разделении смесей, получении чистых и сверхчистых веществ, в технологии высокого вакуума и др. Для многих практических целей важно знание величин адсорбции.
Известен способ определения адсорбции компонентов жидких растворов в поверхностном слоем по зависимости поверхностного натяжения раствора от состава в широкой области концентрации. Величину адсорбции рассчитывают по известной формуле Гиббса (для N-варианта) где Х; — мольная концентрация i-го компонента, мольные доли; 6 — поверхностное натяжение раствора, мДж/м ; R — универсальная газовая постоянная, Дж/моль; Т— температура, К; Г1 — адсорбция i-го компонента, моль/м 11)., Погрешность определения адсорбции этим способом велика. Измерение поверх5 ностного натяжения жидких растворов в широком интервале концентраций представляет трудную задачу, требует затраты большого количества вещества и времени.
Цель изобретения — повышение точности определения адсорбции.
Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу определения адсорбции компонентов жидких растворов в поверхностном слое, берут две пробы одинакового объема из раствора заданной концентрации;
1s первую пробу — одним приемом, вторую пробу — малыми каплями, измеряют концентрации i-го компонента в пробах и вычисляют адсорбцию этого компонента I i по формуле где p — плотность раствора данной концентрации, кг моль; NA — число Авогадро, моль,,V — объем взятой малыми каплями
957064
g..(У) (9) z s((9) ,(o)
Е; 5 (о) <9) где S и S; — площади пиков i-го компонента на хроматограммах пробы,. взятой одним приемом, и пробы, полученной малыми каплями, соответственно. А избыток концентрации i-го компонента
ЛС; = СР— С;" = С "(Э; — 1). (3)
Избыточное число частиц i-го компонента в пробе, полученной каплями, можно найти как 40 (4) ЛN i — — 1 i 4Т(г21, где Г; — адсорбция (в N варианте) i-го компонента в растворе, м; r — радиус капли, м; у — число капель в объеме, из которых образуется вторая проба объемом Ч, м .
С другой стороны, легко видеть, что
ЛЫ; = М;® —.Х; = N;" (e; — 1).
Имея в виду соотношения (2) — (5), после несложных преобразований, получим (6) где р — плотность раствора данной концентрации, кг/м ; MI — молекулярная масса i-го компонента, кг/моль; Np, — число Авогадро, моль- .
Отсюда видно, что для определения адсорбции i-го компонента в растворе надо экспериментально измерить весовые концентпробы, м ; 9 — число капель в пробе;
ЛС1 — — С, — С; — С; — весовая концент у Вследствие различной величины адсорбции компонентов в поверхностном слое состав второй пробы отличается от состава первой. Действительно, при медленном формировании малых капель и образовании из 1о этих капель отдельной пробы, в последней (второй пробе) увеличивается содержание компонента с положительной адсорбцией и уменьшается содержание компонента с отрицательной адсорбцией. Если определить различие составов раствора в этих двух пробах каким-либо методом, например хромотографическим, то можно рассчитать адсорбцию компонента в растворе по выведенной ниже формуле. Пусть. С; и С; — соответственно весо(а) rg вые концентрации i-ro компонента в двух пробах раствора, взятой одним приемом из раствора и приготовленной малыми каплями. Отношение этих концентраций можно определить из хроматограмм, полученных для каждой пробы, как отношение относительных площадей пиков, соответствующих i-му компоненту: рации двух проб раствора С; и С;, плотioi (у ность раствора .Р и чило капель 1 в пробе объемом V. Предлагаемый способ используется для определения адсорбции в жидком бинарном растворе этиловый спирт — гексан. Предварительно готовят раствор известной концентрации. Из этого раствора берут пробу и вводят ее в хроматограф (ЛХИ8МД); снимают хроматограммы. На них появляются два пика, соответствующие каждому компоненту раствора. Затем из приготовленного раствора с помощью достаточно тонкого капилляра (d — 0,15 мм), позволяющего медленно формировать капли, получают вторую пробу каплями и вводят ее в хроматограф. Хроматограммы второй пробы также, как. и для первой пробы, имеют по два пика, соответствующие каждому компоненту раствора. Причем объем проб и условия, при которых вводится каждая проба (температура, ток детектора, давление газоносителя скорость перемещения диаграммной ленты),. совершенно одинаковы. Определяют площади пиков на хроматограммах, соответствующих каждому компоненту раствора, вычисляют отношение весовых концентраций компонентов в каждой пробе по соотношению (2). Число капель 1 подсчитываютпри получении второй пробы каплями. Плотность раствора Р можно определять пикнометром. Используя эти данные, по формуле (5) вычисляют адсорбцию. Значения адсорбции гексана из раствора этиловый спирт-гексан для ряда концентраций при 293 К, вычисленные по формуле (6), приведены в таблице. Для сравнения полученных результатов проводят измерения поверхностного натяжения растворов указанной бинарной системы в широком концентрационном интервале методом максимального давления в газовом пузырьке. Затем по формуле (1) вычисляют адсорбцию гексана (метод Гиббса) . Результаты приведены в той же таблице. Как видно из таблицы, результаты, полученные предлагаемым способом, находятся в удовлетворительном согласии с данными, полученными методом Гиббса. Оценим погрешности определения адсорбции этими методами. Метод Гиббса. Основной источник ошибки в методе Гиббса состоит в определении d6/dx. Погрешность измерения поверхностного натяжения 6 (х ) составляет около Io/p. Например; для воды б= 82 мДж/м, следовательно 1 /р от 6 составляет около 1 мДж/м . При расчетах адсорбции в формуле (1) (1 6 заменяется на з 6= (3 — 5) мДж/м, а dx — на Лх = 0,02 — 0,03. Следовательно, величина d6/dx — Л6/зх определяется с погрешностью около 20 — 25 /<>. Поэтому погреш" ность определения адсорбции по методу Гиббса составляет не менее 20 />. 957064 Г гексана, м 2. 10 7 6(х), мДж/м метод предпа гаемый Гиббса метод 19 95 14,267 10,622 18,49 3,140 19,96 1,493 -0,109 -0,197 -1, 041 -О, 821 17,97 17,97 17,98 17,99 3 4кт Формула изобретения Составитель С. Беловодченко Редактор А. Козориз Тех ред А. Бой к а с Корректор Е. Рошко Заказ 6585/30 Тираж 887 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1 l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Предлагаемый способ. Погрешность этого способа связана в основном с погрешностями в определении объема пробы V и отношения концентрации данного компонента в пробах Ф1. Наибольшая погрешность, допускаемая при определении объ0,060 0,140 0,235 0,256 0,287 0,380 0,400 Предлагаемый способ позволяет определить адсорбции компонентов из жидкого раствора для любой концентрации быстро и с высокой точностью. При этом требуется очень малое количество вещества. Метод же Гиббса требует трудоемкой процедуры опре деления поверхностного натяжения раствора в широком концентрационном интервале и последующего графического дифференцирования изотермы 6 (х ), а погрешность определения адсорбции достигает 20% и более. Способ определения адсорбции компонентов жидких растворов в поверхностном слое, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, берут две пробы одинакового объема из раствора заданной концентрации: первую пробу — одема раствора с помощью пикнометра, не превышает 2 — Зо/о. Погрешность определения Ф; хроматографическим методом составляет 1 — 2%. Поэтому общая погрешность определения адсорбции предлагаемым способом не превышает 3 — 5 /р. 6,279 -0,852 -0,879 -0,702 -1,063 0,613 ним приемом, вторую пробу — малыми каплями, измеряют концентрации i-го компонента в пробах и вычисляют адсорбцию этого компонента Ii по формуле Р/4А м; где р — плотность раствора данной кон35 центрации, кг м ; М j — молекулярная масса i-го компонента, кг моль ; Мд — число Авогадро, моль; V — объем взятой малыми каплями пробы, м, у — число капель в пробе; ЬС1 = С < — Ci — C> — весовая конщ <о> io) центрация i-го компонента в пробе раство40 ра, взятой одним приемом, доли; С з — весовая концентрация i-го компонента в пробе, приготовленной малыми каплями, доли. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 45 1. Семенченко В. К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. М., Гостехиздат, 1957, с. 135 †1 (прототип).
