Способ определения адсорбции компонентов жидких растворов в поверхностном слое

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51) М. Кл з 6 О 1 1 Ч 13/00 Гасударственный камитет Опубликовано 07.09,82. Бюллетень ЗЗДата опубликования описания 17.09.82лв делам иэобретаний и атхрмтий(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДСОРБЦИИ КОМПОНЕНТОВ ЖИДКИХ РАСТВОРОВ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕХ;(1-Х; а 6йХ 20 1(зч )/3ид 1Изобретение 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 И-варианта) где Х; - мольная концентрация 1-го компонента, мольные доли; 6 - поверхностное натяжение раствора, мДж/м; К - универсальная газовая постоянная, Дж/моль; Т - температура, К; Г; - адсорбция 1-го компонента, моль/м 11)., Погрешность определения адсорбцииэтим способом велика. Измерение поверх ностного натяжения жидких растворов вшироком интервале концентраций представ-.ляет 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;15 первую пробу - одним приемом, вторуюпробу - малыми каплями, измеряют концентрации 1-го компонента в пробах и вычисляют адсорбцию этого компонента Г 1 по формуле где р - плотность раствора данной концентрации, кг моль; Мд - число Авогадро, мольЧ - объем взятой малыми каплямипробы, м; 9 - число капель в пробе;Лс; = С, - С; - С; - весовая концент 49) 1 о) . Орация )-го компонента в пробе раствора,н9)взято и одним приемом, доли; С ; - весоваяконцентрация )- го компонента в пробе,н5приготовленнои каплями, доли.Вследствие различной величины адсорбции компонентов в поверхностном слое состав второй пробы отличается от составапервой. Действительно, при медленном формировании малых капель и образовании из 1 Оэтих капель отдельной пробы, в последней(второй пробе) увеличивается содержаниекомпонента с положительной адсорбциейи уменьшается содержание компонента сотрицательной адсорбцией. Если определитьразличие составов раствора в этих двухпробах каким-либо методом, например хромотографическим, то можно рассчитатьадсорбцию компонента в растворе по выведенной ниже формуле,Пусть. С; и С; - соответственно весоо), 9)вые концентрации 1-го компонента в двухпробах раствора, взятой одним приемом израствора и приготовленной малыми каплями. Отношение этих концентраций можноопределить из хроматограмм, полученныхдля каждой пробы, как отношение относительных площадей пиков, соответствующих1-му компоненту:э .(9)(о) (9)где 5 и Я; - площади пиков 1-го компонента на хроматограммах пробы,. взятой одним приемом, и пробы, полученной малыми каплями, соответственно. А избыток концентрации )-го компонентаЛС; = С 19) - С "= С "(Ф) - 1), (3) Избыточное число частиц 1-го компонента в пробе, полученной каплями, можно найти как 40(4)ЛХ; = Г) 4 тгЧгде Г; - адсорбция (в М варианте) 1-го компонента в растворе, м; г - радиус капли, м; у - число капель в объеме, из которых образуется вторая проба объемом Ч, мз.45С другой стороны, легко видеть, что ЫЧ; = М;9) - .М): Мкц (ф; - 1).Имея в виду соотношения (2) - (5), после несложных преобразований, получим 50(6)где р - плотность раствора данной концентрации, кг/м; М 1 - молекулярная масса 1-го компонента, кг/моль; Мд - число Авогадро, моль-.Отсюда видно, что для определения адсорбции 1-го компонента в растворе надо экспериментально измерить весовые концентрации двух проб раствора С; и С;, плото) (9) ность раствора .Р и чило капель 1 в пробе объемом Ч.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 (ЛХИ 8 МД); снимают хроматограммы. На них появляются два пика, соответствуюшие каждому компоненту раствора. Затем из приготовленного раствора с помощью достаточно тонкого капилляра (д - 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 пло)цади пиков на хроматограммах, соответствую)цих каждому компоненту раствора, вычисляют отношение весовых концентраций компонентов в каждой пробе по соотношению (2). Число капель 9 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 таб/)ице.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 д 6/дх. Погрешность измерения поверхностного натяжения б (х ) составляет около 1 О/О, Например; для воды б= 82 мДж/м, следовательно 1/, от 6 составляет около 1 мДж/м.При расчетах адсорбции в формуле (1) д 6 заменяется на Ь 6= (3 - 5) мДж/м, а дх - на Лх = 0,02 - 0,03. Следовательно, величина дб/дх - Лб/4 х определяется с погрешностью около 20 - 25/о, Поэтому погреш"ность определения адсорбции по методу Гиббса составляет не менее 20/,.метод предлагаемыйГиббса метод 19,95 1 Й,267 10,622 18,49 3,140 1996 1,1193-0,109 -0,197 - 1, 0111 -0,821 17,97 17,97 17,98 17,99 Ъ4 дт формула изобретения Составитель С. Беловодченко Редактор А. Козориз Техред А. Бойкас Корректор Е. Рошко Заказ 6585/30 Тираж 887 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Предлагаемый способ. Погрешность этого способа связана в основном с погрешностями в определении объема пробы Ч и отношения концентрации данного компонента в пробах Ф; . Наибольшая погрешность, допускаемая при определении объ 0,060 0,1 ЙО 0,235 0,256 0,287 0,380 О, 1100 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 207 о 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 ой. Поэтому общая погрешность определения адсорбции предлагаемым спо собом не пРевышает 3 - 5 о/о,6,279-1,0630,613 ним приемом, вторую пробу - малыми каплями, измеряют концентрации 1-го компонента в пробах и вычисляют адсорбцию этого компонента Г; по формуле 14 дМ 1где р - плотность раствора данной кон 35 центрации, кг м 3; М 1 - молекулярная масса 1-го компонента, кг моль-; Мд - числоАвогадро, моль; Ч - объем взятой малымикаплями пробы, м, у - число капель в пробе; ЬС 1 = С 1 - С 1 - С 1 - весовая кон,щ .вн .о)центрация 1-го компонента в пробе раство 40 ра, взятой одним приемом, доли; Сз - весовая концентрация 1-го компонента в пробе,приготовленной малыми каплями, доли.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе45 1. Семенченко В, К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. М., Гостехиздат,1957, с. 135 в 1 (прототип).