Спосіб визначення вмісту двоокису титану в матованій віскозі

Винахід належить до галузі аналітичного контролю виробництва хімічних волокон, зокрема, способу кількісного визначення вмісту двоокису титану (ТіО2) в матованій віскозі. ТіО2 додають у віскозу для виготовлення матованих ниток. Раніше підприємство мало можливість випускати з загального об'єму віскози тільки матовані або тільки блискучі нитки, оскільки дозування ТіО2 проводили на стадії виготовлення віскози у хімічному цеху, при цьому рівномірність вмісту ТіО 2 у віскозі забезпечувалась апаратурно. Зараз операцію матування перенесено в прядильний цех на установку матування віскози фірми "Інгра", для одночасного випуску з загального об'єму віскози як матованих, так і блискучих ниток. Споживчі властивості матованих віскозних ниток визначаються рівномірністю матування та кількісним вмістом ТіО2 у віскозі, тому безперервне виробництво потребує цілодобового контролю за цим показником. З пуском установки матування в прядильному цеху виникла необхідність у збільшенні частоти контролю вмісту ТіО2 у віскозі з метою оперативного регулювання подачі ТіО2 у віскозу та виявлення можливих збоїв у роботі дозуючих пристроїв. Вміст ТіО2 у віскозі незначний, приблизно 0,05%, тому кількісне визначення його титрометричним або ваговим методами не можливе. Відомо декілька колориметричних способів визначення малих концентрацій титану з застосуванням різних комплексоутворюючи х сполук, наприклад, хромотропової кислоти або пероксиду водню [1, 2]. Застосування комплексоутворюючих сполук потребує переведення TiO2 в розчинну форму та обов'язкової мінералізації проби віскози. При визначенні ТіО2 у віскозі основними факторами, що зменшують точність результатів аналізу, є присутність в пробі значної кількості органічних сполук, зокрема, ефіру целюлози та наявність заліза. Для знешкодження впливу органічних сполук виконують мінералізацію проби, яку проводять сухим або мокрим способом, тобто спаленням органіки при високій температурі або спаленням органіки в присутності концентрованої сірчаної кислоти та пероксиду водню [3]. Для кількісного визначення ТіО2 часто використовують кольоровий комплекс титану з хромотроповою кислотою. Цей спосіб включає операції спалення проби сухим або мокрим методом, розчинення ТіО2 в сірчаній кислоті, знешкодження заважаючого впливу заліза добавкою аскорбінової кислоти, утворення комплексу титану з хромотроповою кислотою при рН2,9-3,2 та вимірювання оптичної густини утвореного кольорового комплексу на фотоелектроколориметрі при довжині хвилі l = 465 нм [1]. Недоліками цього способу є складність та значна тривалість виконання аналізу. Також відомий спосіб визначення ТіО2, в якому проводиться колориметрування кольорового комплексу титану з пероксидом водню при довжині хвилі l = 400 нм після мінералізації проби віскози сірчаною кислотою [4, 5]. Цей спосіб використовувався на ВАТ "Черкаське хімволокно" тривалий час до зміни місця дозування титану і обраний в якості прототипу. При виконанні аналізу цим способом наважку з проби віскози наливають в колбу К'єльдаля, приливають по 10мл концентрованих сірчаної кислоти та пероксиду водню, перемішують, встановлюють на гарячу електроплитку і нагрівають до кипіння, продовжують кип'ятіння на протязі 25-35 хвилин. Не припиняючи нагрівання, доливають ще 5-10мл пероксиду водню і далі продовжують кип'ятити пробу до отримання в колбі прозорого та знебарвленого розчину. Одержаний розчин охолоджують до кімнатної температури та кількісно переносять в колбу місткістю 100мл, в яку попередньо налито 30-40мл дистильованої води. При цьому розведення концентрованої сірчаної кислоти водою призводить до повторного значного розігріву колби, тому її знову охолоджують до кімнатної температури. Для знешкодження впливу заліза в пробу доливають 0,5мл концентрованої фосфорної кислоти та 1мл пероксиду водню для утворення кольорового комплексу титану, розчин перемішують і визначають його оптичну густину на фотоелектроколориметрі при довжині хвилі l = 400 нм . Недоліками цього способу є: - складність і тривалість операцій переведення ТіО2 в форму, придатну для фотоколориметрування, потребує використання праці висококваліфікованих лаборантів центральної лабораторії підприємства, яка працює тільки в одну зміну, що робить неможливим виконання аналізу цілодобово в умовах цехови х лабораторій; - значна тривалість виконання аналізу (2-2,5 години) не дозволяє виконати контроль вмісту ТіО2 у віскозі оперативно, що негативно впливає на рівномірність матування ниток та погіршує якість готової продукції; - використання агресивних речовин таких, як концентровані сірчана, фосфорна кислоти, пероксиду водню, їх нагрівання та кип'ятіння негативно впливає на умови праці лаборантів та збільшує небезпеку при виконанні аналізу. В основу винаходу поставлено задачу підвищення оперативності виконання аналізу шляхом зміни операцій підготовки проби матованої віскози в стан, придатний для фотоколориметрування. Поставлена задача вирішується тим, що кількісний вміст ТіО2 в матованій віскозі визначається колориметричним способом, який заснований на залежності між кратністю розбавлення віскози водою та оптичною густиною отриманої суспензії, що була виявлена в процесі дослідної роботи авторів. Під час проведення роботи також була виявлена прямолінійність цієї залежності, усунено вплив заважаючих факторів шляхом визначення певної довжини хвилі при фотоколориметруванні, побудовано градуювальний графік та підібрані оптимальні умови виконання аналізу [6]. При виконанні аналізу по заявленому способу наважку з проби віскози наливають в мірну колбу, розводять дистильованою водою, струшують до одержання суспензії ТіО2 та вимірюють оптичну густину підготовленої суспензії при довжині хвилі l = 590 - 750 нм в кюветі з робочою довжиною 10-50мм. Час виконання аналізу складає не більше 20 хвилин. Таким чином, усі відмінні ознаки свідчать про причинно-наслідковий зв'язок з технічним результатом скорочення часу виконання аналізу від 2,5 годин до 20 хвилин, що в свою чергу підвищує оперативність контролю процесу матування віскози. Порівняльний аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок про те, що заявлений спосіб відрізняється тим, що наважку віскози наливають не в колбу К'єльдаля, а в мірну колбу, операції по переведенню ТіО2 в стан, придатний для фотоколориметрування виконують шляхом розведення наважки матованої віскози дистильованою водою до одержання суспензії ТіО2, а вимірювання оптичної густині приготованої суспензії виконують при довжині хвилі l = 590 - 750 нм в кюветі з робочою довжиною 10-50мм. Таким чином, заявлене технічне рішення відповідає критерію "новизна". Аналіз відомих технічних рішень в досліджуваній і суміжних областях дозволяє зробити висновок про відсутність в них ознак, подібних з суттєвими ознаками в заявленому способі визначення ТіО2 у віскозі і визнати рішення відповідаючим критерію "суттєві ознаки". Приклад виконання вимірювання. Для аналізу відбирають пробу матованої віскози в прядильному цеху з відомим вмістом альфа-целюлози (a ) . Зважують бюкс з пробою матованої віскози, після чого в мірну колбу місткістю 250мл наполовину заповнену дистильованою водою, наливають приблизно 5г віскози. Повторно зважують бюкс з залишками віскози та розраховують дійсне значення наважки віскози (n), яка знаходиться в мірній колбі. Вміст колби інтенсивно струшують протягом 20-30 секунд до утворення водної суспензії, доводять об'єм в колбі дистильованою водою до позначки та перемішують. Вимірюють оптичну густин у (D) одержаної суспензії на фотоелектроколориметрі при довжині хвилі l = 670 нм кюветі з робочою довжиною 20мм відносно води. По знайденій оптичній густині за допомогою градуювального графіка знаходять масову концентрацію ТіО2 в приготованій суспензії (С) та розраховують масову частку ТіО2 в віскозі (Т) за формулою: T= C ´ 250 ´ 100 ´ 100 1000 ´ 1000 ´ a ´ n . Для побудови градуювального графіка в п'ять мірних колб місткістю 250мл дозують 10, 20, 30, 40, 50мл стандартної суспензії з масовою концентрацією ТіО2 60мг/мл. Масова концентрація ТіО2 в градуювальних розчинах становить 2,4; 4,8; 7,2; 9,6 та 12мг/л. Оптичну густин у градуювальних розчинів вимірюють на фотоелектроколориметрі при довжині хвилі l = 670 нм у кюветі з робочою довжиною 20мм відносно води. По одержаним значенням будують градуювальний графік в координатах: "Оптична густина (D) - Масова концентрація ТіО2, мг/л (С)". Приклад градуювального графіка зображений на рисунку 1. Результати конкретних вимірювань та обчислень вмісту ТіО2 у віскозі наведені в таблиці 1. Таблиця 1 Номер проби віскози 1 2 3 4 5 a ,% 8,33 8,24 8,35 8,38 8,35 n,г 2,00 5,50 4,23 5,69 4,75 D 0,300 0,450 0,405 0,390 0,415 С,мг/л 8,0 12,0 10,8 10,3 11,1 Т,% 1,20 0,66 0,76 0,54 0,70 Порівняльні данні Порівняльний аналіз результатів визначення вмісту ТіО 2 у віскозі отриманих за способом, який описаний в прототипі, та по заявленому способу представлений в таблиці 2. Таблиця 2 Номер проби віскози 1 2 3 4 5 6 7 Результати визначення ТіО2 у віскозі, % по способу-прототипу по заявленому способу 0,78 0,78 0,75 0,74 0,74 0,76 0,76 0,77 0,72 0,72 0,68 0,68 0,67 0,69 Заявлений спосіб дозволяє своєчасно виявити збої у роботі пристроїв, дозуючих TiO 2 у віскозу, та оперативно їх усунути, що, в свою чергу, забезпечить випуск якісних ниток з високою рівномірністю ступеню матування. Застосування заявленого способу визначення ТіО2 не потребує використання шкідливих хімічних реактивів та електроенергії, що забезпечує умови праці лаборантів. Заявлений спосіб визначення вмісту ТіО2 в матованій віскозі був випробуваний на протязі десяти місяців в лабораторіях прядильних цехів на трьох виробництвах ВАТ "Черкаське хімволокно". Випробування показали, що заявлений спосіб забезпечує високу точність вимірювань, має гарну відтворюваність, дозволяє скоротити час виконання аналізу до 20 хвилин і перенести його до цехових лабораторій підприємства для проведення цілодобового контролю за вмістом ТіО2 у віскозі. Використання заявленого способу також забезпечує умови для покращення якості віскозних ниток. Джерела інформації 1. Г. Шарло, Методы аналитической химии, М., Изд. "Химия", 1969, С.1032-1035 2 В.М. Пешкова, М.И. Громова, Методы абсорбционной спектроскопии в аналитической химии, М., Высшая школа, 1976, С.218 3 Г. Шарло, Методы аналитической химии, М., Изд. "Химия", 1969, С.649-653 4 Справочник «Аналитический контроль производства искусственных волокон» под ред. А.К. Диброва и B.C. Матвеева, изд. Химия, М., 1986г., с.121 5 СТП 107-2000 Методика определения содержания двуокиси титана в вискозе и вискозной нити 6 Отчет по разработке "Экспресс-метода определения содержания двуокиси титана в вискозе", утвержденный техническим директором ОАО "Черкасское химволокно"