Устройство для определения молекулярной массы вещества

Союз Советских Социалистических Республик)м, кл О 01 Ы 25/08 Государственный комитет СССР во делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ВЕЩЕСТВА Изобретение относится. к Физико- химическому исследованию свойств вещества и измерительной технике и может быть использовано для определения молекулярной массы исследуемого вещества при лабораторных исследованиях, для контроля степени чистоты получаемого известного вещества в химической, пищевой промышленности, при физико-химических исследованиях свойств растворов вещества.Известен эбуллиоскоп, содержащий сосуд для кипячения жидкой Фазы, обратный холодильник для возвращения паров растворителя обратно в сосуд датчик температуры, размещенные над уровнем жидкой Фазы 11 .Для всех известных эбуллиоскопов характерны общие недостатки: отсутствует прямой отвод образующихся паров,надежно обеспечивающий кипение при постоянном давлении, вследствие чего кипение растворителя, а затем раствора проводят без перегонки в замкнутом сосуде с обратным холодильником, что создает непрерывные колебания давления внутри эбуллиоскопа и, как следствие, непрерывные колебания температуры кипения, значнтельно снижающие точность определения молекулярной массы.Наиболее близким к предлагаемомуявляется эбуллиоскоп, имеющий сосудкипения, трубку для подачи паро-жидкостной смеси к термометру Бекмана,широкую трубку, размещенную в пробирке, пробирку, термометр Бекмана,обратный холодильник, трубку длявозврата парс-жидкостной смеси 21.Недостатком данного эбуллиоскопаявляется отсутствие прямого отводадля образующихся паров, что создаетнепрерывные колебания давления и 15 температуры кипения. Эбуллиоскоп работает только в режиме беэ прямойперегонки растворителя. Нельзя сравнивать значения температур кипенияраствора, растворителя одновремен но, в режиме прямой перегонки растворителя из раствора и чистого растворителя в одни и те же моменты времени, автоматизировать измерениятемпературы кипения и расчет молекулярной массы вещества с помощьюЭВМ.Погрешность определений составляет 25-30.Цель изобретения - повышение точности определения молекулярной мас сы вещества.Поставленная цель достигается тем, что устройство включает в себя два эбуллископа, один из которых является рабочим, а другой контрольным, измерительная и расчетная схема установки одна и общая для рабочего и контрольного эбуллископов и состоит из рабочего и контрольного термометров Бекмана, диФ- ференциального датчика температур, размещенных в рабочей и контрольной многогорлых колбах збуллископов и в ,термостате, усилителя сигналов, преобразователя сигналов, градуировочного устройства, датчиков текущего объема растворителя в мерных приемниках-дозаторах эбуллископов, электронной вычислительной машины, электрически соединенных так, что выход дифференциального датчика температур подключен на вход усилителя и преобразователя сигналов, выход усилителя соединен с входом градуировочного устройства и входом ЭВМ, а выходыдатчиков текущего объема соединены с входом ЭВМ.Отличие состоит в том, что применение одновременно двух эбуллископов позволяет сделать определение молекулярной масси иа порядок более точным, поскольку устаиавливаетая сщнозначное соответствие во времени мвжду колебаниями давления лара и температуры кипения внутри контрольного; эбуллиоскопа с растворителем и колебаниями давления пара и температурыкипения внутри рабочего эбулляоскопас раствором, благодаря этому сводятся к минимуму соответствующие опытные расхождения ( погрешностиу в колебаниях давления пара и температуры кипения, достигается резко выраженная температурная граница Фазового перехода. Примеиение в установке одновременно двух эбуллиоскопов позволяет испольэовать для многократной регистрации температур фазового перехода в точке кипения контрольного растворителя контрольный термометр Бекмана в контрольном эбуллиоскопе в те же моменты времени, в которые используют для многократной регистрации температур фазового перехода растворителя в точке кипения раствора рабочий термометр Бекмана в эбуллиоскопе, причем термометрыБекмана могут иметь различные показания настройки по стандартному растворителю. Применение в установ- кЪ одновременно двух эбуллиоскопов позволяет испольэовать одновременную параллельную перегонку растворителя из раствора и чистого растворителя, диФференциальный датчик температур, разместить дифференциальный датчик температур в рабочей и контрольной многогорлых колбах рабочего и контрольного эбуллиоскопов соответственно и в термостате, идатчика температур, сигналы датчиковтекущего объема растворителя, Расче ты текущих и окончательного среднегозначения молекулярной массы исследу-емого вещества производят с помоцьюЭИ 1 по программе вычислений.Суцественные отличия состоят в том, 2 д что минимальный относительный диаметртрубы, отводяцей пары при прямойперегонке, равен 1/5 диаметра перегонной колбы, а минимальная плотностьперфораций в перфорированном патро- З не равна 1 отверстию на 1 см при2диаметре перфораций 1-2 мм.Для эффективного перемешиванияжидкости в перфорированном патронеразмещен парс-жидкостный микронасосвблизи термодатчиков.Установка раэмецена в отдельномвытяжном шкафу для снижения температурного воздействия окружающейсреды.На фиг,1 изображена схема пред" 40 45 30 55 60 65 одновременно с многократной регистрацией температур кипения растворителя, раствора, контрольного растворителя с помощью рабочего и контрольного термометров Бекмана производить параллельные, непрерывные втечение всего опыта, автоматические замеры температуры кипения растворителя, раствора, контрольногорастворителя с помощью диФФеренциального датчика температур. Измерительная схема установки содержитусилитель-преобразователь сигналовдифференциального датчика, датчикитекущего объема растворителя, ЭВМдля непрерывных расчетов молекулярной массы, на вход которой подаютсяусиленный, преобразованный и проградуированный сигнал дифференциального ложенной установки, на фиг.2 - схема паро-жидкостного микронасоса.Установка содержит два эбуллиоскопа, один из которых выполняет функции рабочего, другой - контрольного, многогорлую рабочую колбу 1, многогорлую контрольную колбу 2, рабочий З,контрольный 4 термометры Бекмана, вставленные в центральные широкогорлые отводы 5 рабочей и контрольной колбы так, что нижние резервуары с ртутью введены в перфорированные патроны 6 и нижнюю часть колб, штоки-термоотводы 7 избытка тепла из жидкой фазы в атмосферу, размещенные в боковых горловинахколб по периметру и вдоль термомет. ров Бекмана так, что нижние концы погружены в жидкость, в перфорированные патроны, а верхние концы выходят в атмосферу, боковые широкогорлые отводы 8 горловины, отводы 9 пара в тепловой изоляции, минимальный относительный диаметр каждого равен 0,2 диаметра многогорлой колбы, пря мые холодильники 10, обратные холодильники 11, мерные градуированныеприемники-доэаторы 12, термостаты 13 для многогорлых колб, основные источники 14 тепла. Измерительная и расчетная схема установки является одной и общей для рабочего и конт рольного эбуллиоскопов и содержит 5 дифференциальный датчик температур 15, размещенный в рабочей и контрольной многогорлых колбах, в перфорированных патронах с помощью пробирок-держателей 16, а также в термостате 17, причем дифференциальный датчик 15 представляет собой две батареи, каждая состоит из последовательно соединенных термопар, и чувствительность датчика зависит от числа элементов в батарее, усилитель преобразователь 18 сигналов дифференциального датчика, на вход которого подключен выход дифференциального датчика 15, а выход усилителя 18 соединен с входом градуировочного 2 О стройства 19 и входом ЭВИ 20, датики сигналов текущего объема раствоителя в мерных градуированных приемниках-дозаторах, электронную вычнс. лительную мащину 20. Датчики сигна лов текущего объема растворителя в мерных приемниках-дозаторах содер жат источник 21 питания, переменные резисторы 22, мерные градуированные приемники-доваторы 12 с находящимися в них изменяющимися объемами раствора электролита, электроды 23, электроды-поплавки 24, блок 25 измерителей-преобразователей сигналов, выходы блока 25 соединены с входом ЭВМ 20. Для регулировки режима рабо" ты с перегонкой растворителя, или без перегонки служат краны 26. Трех- ходовые краны 27 служат для регулировки количества растворителя в эбуллиоскопах. Для эффективного пе ремешивания жидкости паро-жидкостный микронасос 28 размещен в перфориро" ванном патроне вблизи термодатчиков. Для исключения влияния окружающей среды на температурный режим 45 работы установок размещена в отдельном вытяжном шкафу 29. Отводы 30 алонжей приемников-дозаторов обеспе" чивают подключение датчиков давления. Вспомогательные источники 31 тепла обеспечивают поддержание оптимальной температуры отогнанных порций растворителя. Для равномерного кипения жидкости в многогорлые колбы и перфорированные патроны помещают 100-150 кусочков битого неглаэурован ного фарфора, которые выполняют Функции центров парообраэования 32. Паро-жидкостный микронасос 28 содержит основными частями конусный 66 шатер 33 и Г-образную капнллярную трубку 34, внутренний диаметр которой не превышает 5 мм.Определение молекулярной массы вещества с помощью предлагаемой 65 установки производят следующим способом,.В перфорированные патроны 6 вводят 15-20 кусочков битого неглазурованного фарфора для обеспечения равномерного кипения и снижения перегревания растворителя и раствора, размещают паро-жидкостные микронасосы 28, Перфорированные патроны 6 вводят в миогогорлые колбы 1 и 2 через центральный широкогорлый отвод 5, Термометры Бекмана 3 и 4 на пробках с размещенными вдоль термометра штоками-термоотводами 7 и пробирками-держателями термопар 16 вводят в отводы 5 и перфорированные патроны 6. Многогорлые колбы 1 и 2 размещают в термостатах 13 и закрепляют в штативах, К одному из боковых отводов колб 1 и 2 присоединяют обратные холодильники 11. Через шцрокогорлые боковые отводы 8 вводят определенное первоначальное количество растворителя в рабочую 1 и контрольную 2 колбы. Дпя равномерного кипения через отводы 8 в колбы 1 и 2 вводят 100-150 кусочков битого неглазуроваиного Фарфора, выполняющих Функции центров 32 парообразования. К отводам 8 присоединяют отводы 9 пара с краном 26, Прямые холодильники 10 соединяют с отво дами 9 и мерными градуированными приемниками-доваторами 12, закрепляют в штативах. Выходы приемников 12 соединяют посредством трехходового крана 27 с одним из боковых отводов колб 1 и 2. Приемники 12 закрепляют в штативах, В держатели 16 и термостат 17 вводят дифференциальный датчик 15 температур. Выход диФФеренциального датчика подключают на вход усилителя 18, выход усилителя 18 соединяют с входом градуировочного устройства 19 и входом ЭВМ 20. Собирают, как показано на Фиг.1, датчики текущего объема растворителя в градуированных приемниках-доэаторах. Установка готова к работе, Пускают воду в прямые и обрат ние холодильники, включают основные источники 14 тепла, термостат 17, усилитель 18, градуировочное устройство 19, ЭВМ. Температуру растворителя доводят до температуры кипения. Открывают краны 26. Краны 27 закрывают. В процессе фазового перехода в точке кипения растворителя перегоняют определенное количество пробы растворителя в градуированные рабочей и контрольный приемники 12, во время равномерной перегонки растворителя многократно, через каждые 1-2 с регистрируют по термометрам Бекмана температуру кипения растворителя для каждого его текущего количества в рабочей и контрольной колбах эбуллиоскоповПо показаниям термометров Бекмана1 технологическнх линий, быстроту точного определения, так как один опытс помощью предлагаемой установки 351эквивалентен десяткам опытов с помощью известных эбуллиоскопов, надежность результатов благодаря воспроизводимости текущих значений молекулярной массы.1 О Формула изобретения определяют среднюю температуру фазового перехода в точке кипениярастворителя в каждой колбе 2 и 2.Сигнал от дифференциального датчи-ка равен нулю. В отогнанном количестве пробы растворителя из рабочей .колбы растворяют навеску вещества, не прерывая перегонки. Дляэтого кран 27 рабочего приемникаоткрывают, отбирают в отдельнуюколбу с навеской исследуемого ве-щества часть перегнанного растворителя, кран 27 закрывают, растворнагревают на вспомогательном источнике тепла до кипения и возвращают через боковой отвод в рабочую колбу Отдельную колбу ополаскивают отогнанным количеством растворителя,раствор возвращают в рабочуЮ КОЛ бу. Отогнанное количество пробы раст. ворителя иэ контрольного градуйро"ванного приемника возвращают в контрольный сосуд, открывая краи 27.Затем кран 27 закрывают. Для получения сигналов датчика текшегообъема растворителя в градуированные приемники"доэаторы 12 вводятнесколько миллилитров раствора стандартного эдектролита, включают источник 21 питания, блок 25. В процессе Фазового перехода в точкекипения раствора перегоняют определенное количество пробы растворителя иэ раствора и рабочей колбе 1в рабочий градуированный приемник,12, через каждые 1-2 с многократнорегистрируют для каждого текущегбколичества раствора текущую температуру Фазового перехода в точкекипения, Зля каждого текущвго количества раствора определяют среднюю текущую температуру Фазового перехода в точке кипения. Одновременно скилением раствора продолжают равномерную перегонку определенного количества растворителя из контрольной колбЫ 2 в контрольный градуированный приемник 22. Для каждого текущего количества растворителя в контрольной колбе в те же моменты времени, что и для раствора, определяют текущую температуру Фазового перехода в точке кипения растворителя. Для каждой текущей концентрации вещества в рабочей колбе по средней теКущей температуре Фазового перехода в,точке кипения раствора и средней текущей температуре фазового лереЖда в точке кипения растворителя, среднему текущему значениям температуры Фазового перехода в точке кипения растворителя в контрольной колбе определяют текущие и средние значения молекулярной массы вещества. Одновременно с многократной регистрацией температур Фазового перехода в точке кипения растворителя раствора, контрольного растворителя с помощью рабочего и контрольного 5 10 2 О 2 30 термометров Бекмана производят параллельные, непрерывные в течение всего опыта, замеры температуры Фазового перехода в точке кипения растворителя, раствора, контрольного растворителя с помощью дифференциального датчика температур. Сигна лы дифференциального датчика усиливают, градуируют, преобразуя и подают на вход ЭВМ. Одновременно на вход ЭВИ подают сигналы датчика текущих объемов растворителя в рабочем и контрольном градуированных приемниках, по которым машиной Формируются данные о текущем количест- ВЕ растворителя в рабочей колбе 1 Н . в контрольной колбе 2. По полученным значениям сигналов датчиков температуры и объема ЭВИ производит . по программе расчеты текущих и среднего значений молекулярной массы, Погрешность определений с помощью предлагаемой установки составляет не больше О,З-О,15%, Наименьшая погрешность определения с помощью известных эбуллнометров составляет 1)5-5,0.Применение устройства обеспечивает по сравнению с существующими эбуллиоскопамн повышение точности определения молекулярной массы вещества, автоматизацию измерений и расчетов, возможность применения установки при создании кибернетических 1. Устройство для определения молекулярной массы веществасодержащее рабочий и контрольный сосуд, термостаты, прямые и обратные холодильники, градуированные приемникидозаторы, пара-жидкостные микронасосы, источники тепла, штоки-термоотводы, датчики температуры в патронах, датчики текущего объема растворителя и блок обработки данных, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения молекулярной массы вещества, каждый иэ сосудов выполнен в виде многогорлой колбы, каждый патрон термодатчиков выполнен перфорированным и размещен в каидом сосуде так, что основание его опирается на дно колбы, вершина входит в центральный отвод, а корпус во время работы установки - на границу раздела Фаз, термодатчики размещены в нниней трети перфорированных патронов, из каждого перФорированного патрона вдоль термодатчиков и в боковых отводах каждой многогорлой колбы по периметру размещены штоки-термоотводы, нижние концы которых во время работы установки погружены в жидкую фазу, а верхние выходят в атмосферу, один из боковых отводов каждой колбы выполнен широкогорлым, минимальный относительный диаметр которого равен 0,2 диаметра многогорлой колбы и соединен через отвод того же диаметра и прямой хололилвник с мерным10 градуированным приемником-доэаторомР выход каждого приемника-дозатора соединен с одним из боковых отводов каждой многогорлой колбы соответственно. 152. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что плотность перфораций в перфорированном патроне составляет, по крайней мере, од-но отверстие на 1 см площади боковой стенки патрона при диаметре перфораций 1-2 мм.3. Устройство по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что парожидкостные микрбнасосы размещены вперфорированных патронах вблизи термодатчиков так, что Г-образными выходами направлены от центра к периметру мвогогорлых колб.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Эбуллиоскоп Свентославского,Практикум по физической химия. Подред. С.В.Горбачева, И., Высшаяшкола, 1974, с. 185-186,2. Авторское свидетельство СССРР 48 б 261, кл. 6 01 Б 25/08, 1973,894509Составитель А.Хорцев Редактор Н.Гришанова Техред Т. Маточка Корректор Г,решетник Заказ 11472/68 Тираж 910 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП фПатент, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4