Способ определения концентрации раствора

,ЯО 1 О 3(500 01 М 2 ТЕЛЬСТВУ СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ С(71) Грозненский ордена ТрудовогоКрасного Знамени нефтяной. институтим. акад, М.Д.Ииллионщикова(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 358659, кл. 0 01 М 25/02, 1970.2. Авторское свидетельство СССРР 422259, кл . 0 01 Б 25/02, 1972(54)(57) СПОСОБРАЦИИ РАСТВОРА,лаждении предвар ОПРЕДЕЛЕННЫ КОНЦЕНзаключающийся в охительно нагретого раствора, отличающийсятем, что,с целью повышения точностиизмерений и расширения области применения за счет обеспечеиия возможности исследования переохлаждающихся растворов, исследуемый растворвводят в капилляр, охлаждают до температуры начала спонтанной кристаллизации, нагревают до исходной температуры, повторно охлаждают дотемпературы, на 10-20 превышающейтемпературу спонтанной кристаллизации, вызывают кристаллизацию раствора и по скорости перемещения границы твердой фазы с учетом градуировочных кривых определяют концентрацию раствора.Изобретение относится к исследованиям физических величин растнорон,а именно к области определения концентрации растворов,Известен способ определения содержания примеси в расплаве по температуре кристаллизации, согласнокоторому с помощью термометра сопротивления непрерывно измеряют температуру жидкого металла н процессеохлаждения, При достижении сплавомтемпературы "ликнидус" температурастабилизируется, и измерительныйприбор фиксирует площадку на кривой охлаждения, по которой судято содержании примеси (.13.15Недостатком этого способа является то, что многие вещества склонны давать значительное переохлаждение, определяемое объемом пробы,скоростью охлаждения, наличием растворимых и нерастворимых примесей и.д, Это приводит к тому, что, работая с растворами при учете всехконтролируемых факторов на одноми том же образце, получают широкийспектр значений температуры началакристаллизации, Поэтому известныйспособ независимо от точности измерения температуры, приводит к большим ошибкам, связанным с природойянления кристаллизации, Исключениемявляются немногие вещества, не способные давать заметное переохлаждение.Наиболее близким к предлагаемому. является способ определения конгцентрации раствора ,парафин в нефти),основанный на охлаждении предварительно нагретого раствора с последующим определением количества кристаллиэующегося парафина (.21Недостаток данного способа заключается н том, что способ пригодентолько для определения концентрациипарафина н нефти и непригоден длябольшого количества растворов, дающих пересхлаждение,целью изобретения является повышение то:ности измерений и расширение сбласти применения за счет обеспечения возможности исследованияпереохлаждающихся растворов,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу, основанномуна охлаждении предварительно нагретого раствора, исследуемый раствор 55вводят н капилляр, охлаждают до температуры спонтанной кристаллизации,нагревают до исходной температуры,повторно охлаждают до температуры,на 10-20 пренышающей температуру 60спонтанной кристаллизации, ныэываюткристаллизацию раствора и по скорости перемещения границы твердой Фазыс учетом градуировочных кривых определяют концентрацию раствора, . 65 Время прохождения твердой фазой известного расстояния измеряют секундомером, а расстояние - по миллиметровой шкалеЭкспериментально установлено, что повторное охлаждение до температуры на 10-20 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 30 на различных участках длины капилляра, т.е. в этом случае предлагаемый способ не может быть применен.При повторном охлаждении раствора до температуры менее чем на 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 (10- 15 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 зависимости 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.ЗайченкоТехред И.уетелева Корректор Л,1 имокосов Редактор С,Тимохина Заказ 320/4 Тираж 823 Подписное ВИИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий 113035, 11 осква, Ж, Раушская наб., д, 4/5Фи;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 вецества вдоль капилляра. Об этом свидетельствует равенство (с точностью до 2) скоростей перемещения границы твердой фазы на любом участке капилляра и то, что в капилляре не остается столб раствора, обедненный кристаллизующейся фазой. П р и м е р 1. Раствор нитритакалия в воде неизвестной концентрации при 20 ОС вводят в В-образныйстеклянный капилляр внутренним диаметром 1,4 мм, толщиной стенки1,2 мм и длиной 200 мм. Раствор охлаждают с любой скоростью (например,1,5 ОС/мин) до массового появленияв нем центров кристаллизации, чтопроисходит при -13 С, Затем растворо,нагревают до 20 С, выдерживают приэтой температуре 5 мин и охлаждаютдо температуры -11,5 ОС, что вышетемпературы спонтанной кристаллизации на 11,5, выдерживают при этойтемпературе 5 мин и возбуждают кристаллизацию путем касания иглой поверхности раствора, При этом всесечение капилляра заполняется эвтектической кристаллической фазой, которая перемещается вдоль капилляра,главным образом за счет зарождениякристаллов, 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/м 3 н воспроизводится с точностью 5. Добавление к растору равного емуколичества воды и повторение опытапозволяет испольэовать градуировочную кривую в области большей чувствительности .5 При этом результаты приводятсяс точностью 3,П р и м е р 2. Раствор нитратакалия в воде неизвестной концентраоции при 90 С вводят в капилляр, ука"занный в примере 1. Охлаждение раствора с любой скоростью (например,о,1,5 С/мин) приводит к массовому зарождению кристаллов при 45 С, РастОвор разогревают до 90 С, выдерживают при этой температуре 5 мин и охлаждают до 50 С, что на 11 вышетемпературы спонтанной кристаллизации. Возбуждают кристаллизацию, Приэтом 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 воспроизводятэту величину с точностью 5.Из примеров 1 и 2 видно, что предлагаемый способ позволяет определитьконцентрацию как для разбавленных,так и для сильно пересыщенных раст 30 воров, Кроме того, разбавляя иливыпаривая раствор, можно проводитьанализ при различных температурныхусловиях, доступных для имеющихсяв наличии технических средств,35 Использование предлагаемогоспособа определения концентрациирастворов обеспечивает, по сравнениюс известными способами, следующиепреимущества: увеличение количест 4 О ва объектов, допустимых анализу одним методом в широком диапазоне температур, значительно повышаетсяточность измерения концентрации длябольшого класса переохлаждающихсявеществ, так как в основе предлагаемого способа лежит не температураначала спонтанной кристаллизации, которая является вероятностной характеристикой, а кинетика процессакристаллизации на границе твердойфазы, воспроизводимо и точно отражаемая скорость ее перемецения,Согласно предлагаемому способуво всех случаях ошибка при сПределении концентрации составляет 3-5.55