Спосіб визначення кількості продуктів термічного розкладання речовин

Спосіб визначення КІЛЬКОСТІ продуктів термічного розкладання речовин, що включає по Винахід відноситься до способів визначення продуктів термічного розкладання речовин шляхом їхнього зважування і може бути використаний в елементному мікроаналізі, а також у фізикоХІМІЧНИХ дослідженнях адсорбції, корозії, реакцій твердих речовин з газами, швидкості випаровування, сушіння, визначенні летючості, дегідратації, седиментації, швидкості дифузії, дії радіації на тверді речовини Відомий спосіб визначення кількостей продуктів розкладання речовин полягає в їхньому поглинанні сорбентами - води анпдроном (МдСЦ ЗНгО), вуглекислого газу аскаритом (NaOH, що сплавився з азбестом) - і визначенні приросту ваги останніх [Методы количественного органического элементного микроанализа - М Химия, 1978 - 260 с] Спосіб реалізується в установці, що складається з послідовно з'єднаних джерела газу-носія (кисню, гелію, аргону та ш ) пристрою для термічного розкладання досліджуваної речовини, посудинпоглиначів, заповнених гранулами анпдрону й аскариту 3 пристрою для термічного розкладання продукти розкладання потоком газу-носія переносяться в попередньо зважені посудини-поглиначі, заповнені, ВІДПОВІДНО, анпдроном і аскаритом Потім посудини-поглиначі від'єднують від пристрою для розкладання та друг від друга і зважують По приростах їхньої ваги розраховується елементний склад досліджуваної речовини Точність визначення ХІМІЧНОГО складу досліджуваної речовини визначається величиною погрішності - різниці між дійсним вмістом елементів і переднє зважування посудин-поглиначів, заповнених гранулами сорбентів, і включених послідовно з джерелом газу-носія і пристроєм для термічного розкладання, пропускання через них газу-носія, що містить продукти термічного розкладання, вторинне зважування посудин-поглиначів, який відрізняється тим, що посудини-поглиначі, після від'єднання їх від пристрою для термічного розкладання, та один від одного, герметизують і визначають залежності їх ваги від часу, шляхом безперервного зважування, з наступною їх екстраполяцією в момент закінчення пропускання газу його знайденим значенням, - а також відтворюваністю результатів Погрішність є сукупністю систематичних (що змінюються закономірно або залишаються незмінними в процесі визначення) і випадкових (що є наслідком випадкових, непередбачених змін умов проведення експерименту) погрішностей визначення При навішеннях досліджуваних речовин 50 - ЮОООмкг припустима погрішність складає а = 0,3% Відтворюваність вважається задовільною, якщо погрішність, отримана в різних дослідах не виходить за припустимі межі До недоліків відомого способу варто віднести низьку точність визначення, обумовлену великою погрішністю визначення і низкою відтворюваністю результатів Погрішність визначення елементного складу досліджуваних речовин а залежить від погрішності визначення приросту ваги посудин-поглиначів Д у такий спосіб (m n D ±5) А. mпр А. (1) 'пр •100, ^-•100m'н mL L "'н де пін - вага навішення дослідженої речовини, Шир - вага поглиненого продукту розкладання, М п р - його молекулярна маса, А э - атомна маса елемента, вміст якого визначається Перший член правої частини нерівності (1) - процентний вміст елемента, що визначається, в досліджуваній речовині, знайдений з погрішністю, другий - його дійсний процентний вміст Перетворивши нерівність а> со 00 ю 54839 (1), одержимо 5< 100 •mL 'np Наприклад, якщо елементом, що визначається, є вуглець, а продуктом розкладання - вуглекислий газ СОг, то при навішенні т н = ЮОмкг припустима погрішність визначення приросту ваги посудини-поглинача СОг складе 100 12,01 Найбільш близьким по технічній сутності і результату, який досягається, до винаходу є спосіб, який включає попереднє зважування посудинпоглиначів, заповнених гранулами анпдрону й аскариту і включених послідовно з джерелом кисню і пристроєм для термічного розкладання, пропущення через них кисню, що містить продукти термічного розкладання, подальше їхнє від'єднання від пристрою для термічного розкладання і друг від друга, пронесення через полум'я пальника для зняття статичного заряду, витримування посудинпоглиначів протягом 5 - ЗО хвилин і їхнє вторинне зважування, після чого знаходять різницю між вторинною та первинною вагою посудин-поглиначів та віднімають від неї таку ж різницю, знайдену в контрольних дослідах з досліджуваною речовиною відомого складу (прототип) [Климова В,А Основные микрометоды анализа органических соединений - М Химия, 1975 -224 с ] Після від'єднання посудин-поглиначів від установки приріст їхньої ваги Д т починає змінюватися Він складається з постійної і перемінної частин Д т = т п р + ДтУаг Постійна частина m n p - незмінна вага поглинених речовин, яку необхідно визначити Перемінна частина Am v a r є сумою систематичних і випадкових погрішностей, що виникають як результат зміни ваги посудин-поглиначів через газообмін між їхнім внутрішнім простором і атмосферою, адсорбції атмосферних газів на їхній ЗОВНІШНІЙ поверхні та інших причинах По досягненні заданого часу перемінна частина приросту ваги приймає певну величину Am v a r = а' У зазначеному способі її визначають у контрольних дослідах з досліджуваною речовиною відомого ХІМІЧНОГО складу і вважають систематичною погрішністю Постійну частину приросту ваги посудинпоглиначів - вагу адсорбованих речовин - визначають вирахуванням систематичної погрішності з приросту ваги m n р = Д т - а' Відтворюваність результатів забезпечується за рахунок точного витримування часового інтервалу між роз'єднанням посудин-поглиначів і їхнім зважуванням Дане технічне рішення має ІСТОТНІ недоліки велику випадкову погрішність і низьку відтворюваність результатів визначення Зміна ваги посудин-поглиначів після їх роз'єднання (точніше, величини перемінної частини приросту їхньої ваги) визначається протіканням процесів газообміну між внутрішнім простором посудин-поглиначів і навколишнім повітрям, а також адсорбції атмосферних газів на їхньої поверхні Швидкості ЦИХ процесів залежать від ряду факторів, що змінюються в часі атмосферного тиску, вологості повітря, електростатичного заряду пове рхні Після роз'єднання посудин-поглиначів відбувається зміна складу їхнього внутрішнього газового середовища Газ-носій, рухаючись в напрямку зменшення своєї концентрації, прагне залишити їхній внутрішній простір Його місце займає атмосферне повітря Через те, що густини газу-носія і атмосферного повітря відрізняються одне від одного, вага посудин-поглиначів змінюється істотно Значну випадкову помилку в результат визначення вносить сорбція атмосферних газів на ЗОВНІШНІЙ поверхні посудин-поглиначів Сорбційна активність поверхні залежить від величини її електростатичного заряду Гранули сорбентів електризуються в результаті тертя по них газу, їхнє електростатичне поле заряджає зовнішню поверхню посудин-поглиначів Це стимулює адсорбцію на ній молекул атмосферних газів, що приводить до непрогнозованої зміни ваги посудин-поглиначів Проведення їх через полум'я пальника, як у зазначеному способі, дає тимчасовий ефект - заряд згодом відновлюється, тому що його джерело електростатичне поле гранул сорбентів - знаходиться не на поверхні посудин-поглиначів, а у них усередині і полум'я пальника не може його нейтралізувати Елемент випадковості вносить те, що електростатичний заряд посудин-поглиначів змінюється нерегулярним образом Його величина залежить від стану поверхні, що визначається безліччю випадкових подій, що складають її передісторію (механічні впливи, контакт із газами чи парами різних речовин, електричні і магнітні поля, зміни температури і вологості і т п ) [Моррисон С Химическая физика поверхности твердого тела - М Мир, 1980 -488 с] 3 цієї причини динаміка зміни заряду і зв'язаного з ним приросту ваги посудинпоглиначів у різних дослідах різна, що є причиною значних випадкових погрішностей і зниження відтворюваності Задачею даного винаходу є удосконалення способу визначення КІЛЬКОСТІ продуктів термічного розкладання речовин шляхом виключення газообміну між внутрішнім простором посудин-поглиначів і атмосферою, а також зменшення випадкових помилок, зв'язаних з розвитком процесів адсорбції атмосферних газів на їхній ЗОВНІШНІЙ поверхні, що дозволяють зменшити випадкову погрішність і підвищити відтворюваність результатів Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі визначення КІЛЬКОСТІ продуктів термічного розкладання речовин, що включає попереднє зважування посудин-поглиначів, заповнених гранулами сорбентів і включених послідовно з джерелом газу-носія і пристроєм для термічного розкладання, пропущення через них газу-носія, що містить продукти термічного розкладання, вторинне зважування посудин-поглиначів, ВІДПОВІДНО ви находу посудини-поглиначі після від'єднання їх від пристрою для термічного розкладання та друг від друга герметизують і визначають залежності їхньої ваги від часу шляхом безперервного зважування з наступною їх екстраполяцією в момент закінчення пропущення газу Герметизація посудин-поглиначів виключає газообмін між їхнім внутрішнім простором і атмос 54839 ферою Випадкові зміни параметрів атмосферного повітря не впливають на внутрішнє середовище посудин-поглиначів і не можуть змінити приріст їхньої ваги Тим самим, виключається можливість виникнення систематичних і випадкових погрішностей, зв'язаних з газообміном Визначення приросту ваги посудин-поглиначів у момент закінчення пропущення газу, тобто в момент початку зміни приросту ваги, дозволяє уникнути випадкових помилок, пов'язаних з розвитком процесів адсорбції атмосферних газів на їхній ЗОВНІШНІЙ поверхні, і, тим самим, зменшити величину випадкової погрішності Зменшення погрішностей підвищує відтворюваність результатів Дане рішення технічної задачі, крім зменшення погрішності визначення КІЛЬКОСТІ продуктів термічного розкладання і підвищення відтворюваності результатів, дозволяє скоротити тривалість визначення й у такий спосіб зменшити його трудомісткість Приклад Визначаємо КІЛЬКІСТЬ водяної пари і вуглекислого газу, що утворюються в ході мікроаналітичного визначення водню і вуглецю в органічних сполуках Установка для мікроаналізу складається з джерела кисню, кварцової трубки, трубчастої печі, посудин-поглиначів води і вуглекислого газу У якості пристрою для термічного розкладання використовують кварцову трубку, що розміщена у трубчастій печі Посудини-поглиначі води і вуглекислого газу являють собою скляні трубки довжиною до 200мм і ЗОВНІШНІМ діаметром 6 - 15мм Посуд ину-поглинач НгО заповнюють гранулами анпдрону Поглинач ССЬ - гранулами аскариту Для запобігання газообміну між атмосферою і внутрішнім простором посудин-поглиначів, коли вони не підключені до установки, на їхні КІНЦІ надягають заглушки з еластичних трубок зі скляними кульками усередині Перед визначенням складу досліджуваної речовини точно зважують и навішення, а також посудини-поглиначі з надягнутими заглушками Навішення поміщають у кварцову трубку Потім знімають заглушки із посудин-поглиначів Посудину-поглинач води підключають безпосередньо до кварцової трубки Посудину-поглинач вуглекислого газу підключають до посудини-поглинача води Елементи установки з'єднують один з одним відрізками еластичних трубок Включають нагрівання кварцової трубки, пропускають через установку кисень і проводять термічне розкладання навішення досліджуваної речовини Продукти розкладання - пара води і вуглекислий газ - струмом кисню виносяться з кварцової трубки в посудинипоглиначі, де вони поглинаються, ВІДПОВІДНО, вода - анпдроном, вуглекислий газ - аскаритом Після закінчення термічного розкладання, не припиняючи продувку кисню, посудину-поглинач вуглекислого газу від'єднують від посуд инипоглинача води, її герметизують і переносять на чашку ваг Ведуть безперервний запис ваги протягом 1 - 5 хвилин Потім посудину-поглинач води від'єднують від кварцової трубки, и герметизують і переносять на чашку ваг Повторюють безперервне зважування Роблять математичну обробку даних про зміну ваги - одержують графічні чи аналітичні залежності її від часу Д т = f(x) та екстраполюють їх в моменти припинення пропущення кисню через посудини-поглиначі х = 0 Результати екстраполяції є приростом ваги посудинпоглиначів, що складається з ваги адсорбованих продуктів термічного розкладання та систематичної погрішності, яку знаходять у контрольних дослідах з досліджуваною речовиною відомого складу Д т = т п р + а' Вагу адсорбованих речовин визначають вирахуванням систематичної погрішності з приросту ваги m n р = Д т - а' Оскільки посудини-поглиначі герметизовані 0 Х Н І И внутрішній простір ізольований від атмосфери), одна з причин погрішності - газообмін - виключається Зміни приросту ваги можливі тільки як результат адсорбції атмосферних газів на їхній ЗОВНІШНІЙ поверхні Цей процес починає розвиватися після припинення пропущення через посудини-поглиначі кисню У цей момент зміна приросту ваги, а отже, і погрішність мінімальні У пропонованому винаході за рахунок виключення газообміну між внутрішнім простором посудин-поглиначів і атмосферою, а також зменшення випадкових помилок, зв'язаних з розвитком процесів адсорбції атмосферних газів на їхній ЗОВНІШНІЙ поверхні, знижено погрішність визначення кількостей продуктів розкладання досліджуваної речовини, а отже, і погрішність визначення його елементного складу За рахунок зменшення випадкових погрішностей визначення, а отже мінімізації величини систематичної погрішності а', поліпшена відтворюваність результатів На фіг показані зміни погрішностей визначення приросту ваги загерметизованих посудинпоглиначів НгО и СОг з моменту їх від'єднання від установки Систематичні погрішності а' визначені у точках перетинання пунктирними ЛІНІЯМИ ВІСІ ординат 3 графіків видні переваги пропонованого способу визначення КІЛЬКОСТІ продуктів термічного розкладання речовин шляхом екстраполяції експериментальних залежностей (пунктирні лінії з початкових ділянок кривих) у порівнянні зі зважуванням на 15-й і 22-хвилинах у відомому способі (горизонтальні пунктирні лінії") ВІДПОВІДНІ величини погрішностей прототипу і пропонованого технічного рішення приведені в таблиці Випадкова погрішність показана, як різниця між погрішностями в різних дослідах По ній розрахована погрішність визначення елементного складу Винахід може бути використаний при визначенні продуктів термічного розкладання речовин шляхом їхнього зважування, в елементному мікроаналізі, а також у фізико-хімічних дослідженнях адсорбції, корозії, реакцій твердих речовин з газами, швидкості випаровування, сушіння, визначенні летючості, дегідратації, седиментації, швидкості дифузії, дії радіації на тверді речовини 54839 Таблиця Погрішності визначення КІЛЬКОСТІ продуктів термічного розкладання речовин, мкг Припустима Прототип Пропонований винахід погрішність Випадкова Випадкова визначення Погрішність Погрішність Погрішність Погрішність №досл погрішність погрішність елементного визначення визначення визначення визначення визначення визначення ІДУ складу для приросту елементного приросту елементного приросту приросту навішення ваги складу ваги складу ваги ваги ЮОмкг 1 Н2О 82