Спосіб визначення концентрації речовини в розчині

1. Спосіб визначення концентрації речовини в розчині, що включає просвічування розчину променем світла, вимірювання сигналу, пропорційного інтенсивності світла, що пройшло через залитий у кювету розчин, і визначення концентрації речовини, який відрізняється тим, що розчин просвічують вертикально спрямованим перпендикулярним до дна кювети променем світла, пропускають промінь світла через кювету, заповнену об'ємом V1 розчину, і вимірюють сигнал U1, пропорційний ін C2 1 3 66533 4 сивності світла, що пройшло через порожню (опонену об'ємом V1 розчину: стандартного (U11) та рний сигнал) і заповнену кювету, їх логарифмують, відповідного йому холостого (U12), розчину, який запам'ятовують, порівнюють і знаходять оптичну аналізують (U13), та відповідного йому холостого густину аналізованого зразка, за величиною якої (U14); визначають концентрацію речовини. U21, U22, U23,U24 - сигнали, пропорційні інтенсиНедоліком відомого способу [3] є низька точвності світла, що пройшло через кювету, заповненість, яка обумовлена тим, що після зливу аналіну об'ємом V2 розчину: стандартного (U21) та відзованої рідини її краплі залишаються на поверхні повідного йому холостого (U22), розчину, який оптичних вікон кювети і спотворюють опорний сиганалізують (U23) та відповідного йому холостого нал. (U24); при цьому як розчин використовують станНайбільш близьким аналогом до винаходу за дартний, розчин, що аналізують, та холостий розтехнічною суттю та результатом, що досягається, чини і об'єм V2 розчину вибирають за співвідноє спектрофотометричний спосіб визначення коншенням V2/V1 2. центрації речовини (твердої фази) у рідинах та Нами встановлено, що просвічування розчину газах [А.с. СССР №138390 G01J01/00, G01N21/24. вертикально спрямованим перпендикулярним до Бюл. №10, 1961] [4]. Сутність способу полягає в дна кювети променем світла і вимірювання сигнанаступному. Зразок, який аналізують, просвічують лу, пропорційного інтенсивності світла, яке пройшгоризонтально спрямованим променем монохроло через кювету, при двох заданих об'ємах кожноматичного світла, здійснюють періодичне зворотго розчину (стандартного, холостого та того, який но-поступальне пересування оптичного вікна кюаналізують) забезпечують використання дна кювевети, в двох крайніх положеннях цього вікна ти як нерухомого оптичного вікна, а межі розподілу реєструють інтенсивність світла, яке пройшло черозчин/атмосфера - як рухомого. Завдяки цьому в рез кювету , і за величиною зареєстрованих сигпроцесі аналізу досягається сталість коефіцієнта налів визначають концентрацію твердої фази. пропускання оптичних вікон кювети, а, отже, значЯк випливає з технічної сутності способу [4], в но знижується "кюветна похибка". Істотним моменостанньому здійснюють пересування оптичного том є заявлене співвідношення об'ємів розчину V1 вікна кювети, що приводить до невідтворюваності та V2, тому, що воно забезпечує оптимальну великоефіцієнта пропускання вікна в його крайніх почину аналітичного сигналу, а це приводить до доложеннях, тобто в моменти реєстрації сигналів, сягнення високої точності аналізу. чим і обумовлена низька точність визначення конТаким чином, сукупність суттєвих ознак спосоцентрації речовини. Це підтверджується даними, бу, що заявляється, є необхідною і достатньою отриманими нами при використанні способу [4]. для досягнення технічного результату, який забезНаприклад, при визначенні концентрації формазипечується винаходом, - підвищення точності і змену (4,0ОМ/дм3) похибка склала 5,9%, а при визнаншення нижньої межі визначення концентрації ченні концентрації сульфату міді (5,0г/дм3) - 3,1%. речовини. При цьому нижня межа визначення конВ основу винаходу поставлена задача розроцентрації характеризується величиною оптичної бити спосіб визначення концентрації речовини в густини (5-7)10-3. розчині, в якому виключення механічного пересуСпосіб, що заявляється, здійснюють за доповання оптичного вікна кювети, зміна напрямку могою пристрою, наприклад, калориметра фотоепроменя світла, просвічування дозованих (задалектричного концентраційного КФК-2МП (виробниних) об'ємів розчину і додаткове використання цтво Загорського оптико-механічного заводу ПО холостого розчину забезпечило б підвищення точ“ЗОМЗ”), аналоговий вихід якого оснащено серійності визначення і зменшення величини нижньої ним вольтметром Щ31. Пристрий складається з межі концентрацій, що визначаються, при аналізі оптично зв'язаних джерела монохроматичного як істинних, так і колоїдних розчинів. світла з вертикально спрямованим перпендикуляДля вирішення поставленої задачі запропонорним до дна кювети променем, вимірювальної вано спосіб визначення концентрації речовини в кювети і фотоприймача зі схемою лінійного перетрозчині, який включає просвічування розчину проворення інтенсивності світла, яке пройшло через менем світла, вимірювання сигналу, пропорційного кювету, в електричну напругу (сигнал), а також інтенсивності світла, що пройшло через залитий у блоку вимірювання (реєстрації) сигналу. кювету розчин, і визначення концентрації речовиСпосіб реалізується таким чином. ни, у якому, відповідно до винаходу, розчин проДії, що представляють спосіб, у всіх наведених свічують вертикально спрямованим перпендикунижче прикладах здійснюють ідентично зі стандалярним до дна кювети променем світла, ртним, холостим та з тим, який аналізують, розчипропускають промінь світла через кювету, заповнами. Холостим (нульовим, розчином порівняння) нену об'ємом V1 розчину, і вимірюють сигнал U1, називають розчин, відносно якого визначають оппропорційний інтенсивності світла, що пройшло, тичну густину іншого розчину, наприклад, стандардоливають розчин до об'єму V2 і вимірюють сигнал тного чи того, який аналізують [1, 2]. Слід зазначиU2 пропорційний інтенсивності світла, що пройшти, що стандартному й тому, який аналізують, ло, і визначають концентрацію Сх речовини в розрозчинам може відповідати один холостий розчин, чині, який аналізують, за співвідношенням або два різних холостих розчини. У вимірювальну Сх=Сcтlg(U13U24/U23U14)[lg(U11U22/U21U12)]-1, кювету на початку заливають об'єм V1 холостого де, Сст - концентрація в стандартному розчині розчину, відповідного стандартному розчину, проречовини, яку визначають; свічують кювету монохроматичним випромінюванU11, U12, U13, U14 - сигнали, пропорційні інтенням і реєструють сигнал U12, пропорційний інтенсивності світла, що пройшло через кювету, заповсивності світла, яке пройшло через кювету. 5 66533 6 Доливають у кювету зазначений вище холостий об'ємів V2 та V1 дорівнює 11. Вимірювання повторозчин до об'єму V2, дотримуючись співвідношенрюють 6 разів. У вимірювальну кювету заливають об'єм ня об'ємів V2/V1 2, і реєструють величину сигналу V1=5см3 холостого розчину (вихідна питна вода), U22. Вимірювання повторюють 6 разів. Потім у вивідповідного розчину, який аналізують, просвічумірювальну кювету заливають об'єм V1 стандартють кювету і реєструють величину сигналу ного розчину з відомою величиною Сст концентраU14=2,4169В, доливають у кювету зазначений виції речовини, яку визначають, просвічують кювету і ще холостий розчин до об'єму V2=55см3 і реєструреєструють величину сигналу U11, доливають у ють величину сигналу U24=2,2767В. Відношення кювету стандартний розчин до об'єму V2, дотриоб'ємів V3 та V1 дорівнює 11. Вимірювання повтомуючись співвідношення об'ємів V2/V1 2, і реєстрюють 6 разів. рують величину сигналу U21. Вимірювання повтоУ кювету заливають об'єм V1=5см3 розчину, рюють 6 разів. У вимірювальну кювету заливають що аналізують, - питна вода, у яку введено об'єм V1 холостого розчину, відповідного розчину, 1,0ОМ/дм формазину, просвічують кювету і реєстякий аналізують, просвічують кювету і реєструють рують величину сигналу U13=2,4100В, доливають у сигнал U11. Доливають у кювету зазначений вище кювету зазначений вище розчин до об'єму холостий розчин до об'єму V2, дотримуючись співV2=55см3 і реєструють величину сигналу відношення об'ємів V2/V1 2, і реєструють величиU23=2,2208В. Відношення об'єму V2 та V1 дорівнює ну сигналу U24. Вимірювання повторюють 6 разів. 11. Вимірювання повторюють 6 разів. Обчислюють Після цього у вимірювальну кювету заливають величину Сх, яка з імовірністю 0,95 дорівнює об'єм V1 розчину, який аналізують, просвічують 1,02±0,024ОМ/дм3, при цьому відносна похибка кювету, реєструють величину сигналу U13, долисклала 2,4% (таблиця приклад 12). вають у кювету зазначений вище розчин до об'єму Приклад 2 V2, дотримуючись співвідношення об'ємів V2/V1 2, Визначення концентрації формазину в розчині, і реєструють величину сигналу U23. Підставивши приготовленому з використанням дистильованої величини U11, U21, U12, U22, U13, U23, U14, U24 і Сcт у води. математичне співвідношення, приведене у форУ вимірювальну кювету заливають об'єм мулі винаходу, знаходять величину Сх при n=6, V1=5см3 холостого розчину, відповідного як станР=0,95. дартному розчину, так і тому, що аналізують, (дисПриклади виконання за винаходом. тильована вода, яку використовують для приготуЗапропонованим способом була визначена вання як стандартного розчину формазину, так і концентрація колоїдного (формазиновий) та істинтого розчину формазину, який аналізують). Кювету ного (сульфату міді) розчинів. просвічують випромінюванням, що має довжину Приклад 1 хвилі 650нм, і реєструють величину сигналу Визначення концентрації формазину в розчині, U12=2,3166В. Доливають у кювету холостий розчин приготовленому з використанням питної води. Віддо об'єму V2=55см3 і реєструють величину сигналу повідно до діючої нормативної документації [Вода U22=2,2758В. Відношення об'ємів V2 та V1 дорівнює питна. Нормативні документи: Довідник: у 2Т / За 11. Вимірювання повторюють 6 разів. заг. Ред. В.Л.Іванова - Львів: НТЦ "ЛеонормУ кювету заливають об'єм V1=5см3 стандартстандарт", 2001, Т2, С.20-22] [5] колоїдний розчин ного розчину з концентрацією формазину формазину використовують як стандарт мутності Сcт=4,0ОМ/дм3, просвічують кювету і реєструють питної води, розмірність концентрації формазину в 3 величину сигналу U11 = 2,2865 В, доливають у кюрозчині подають в одиницях мутності в дм , тобто вету стандартний розчин до об'єму V2=55см3 і рев ОМ/дм3. єструють величину сигналу U21=2,0606В. ВідноРозчином, що аналізують, є питна вода, в яку шення об'ємів V2 та V1 дорівнює 11. Вимірювання введено формазин у кількості, що забезпечує його повторюють 6 разів. концентрацію 1,0ОМ/дм3. У кювету заливають об'єм V1=5см3 розчину, У вимірювальну кювету заливають об'єм 3 який аналізують, - дистильована вода, в яку ввеV1=5см холостого розчину, відповідного стандардено 2,0ОМ/дм3 формазину, просвічують кювету, тному (дистильована вода, яку використовують реєструють величину сигналу U13=2,2902В, долидля готування стандартного розчину формазину), вають у кювету зазначений вище розчин до об'єму просвічують кювету випромінюванням, що має V2=55см3 і реєструють величину сигналу довжину хвилі 650нм, реєструють величину сигнаU23=2,1555В. Відношення об'ємів V2 і V1 дорівнює лу U12=2,3146В. Доливають у кювету холостий 11. Вимірювання повторюють 6 разів. Оскільки розчин до об'єму V2=55см3 і реєструють величину розчин, який аналізують, та стандартний розчин сигналу U22=2,2739В. Відношення об'ємів V3 та V1 мають один і той же холостий розчин, то U12=U14, a дорівнює 11. Вимірювання повторюють 6 разів. U22=U24. Обчислюють величину Сх, що з імовірнісУ кювету заливають об'єм V1=5см3 стандарттю 0,95 дорівнює 2,00±0,04ОМ/дм3, при цьому відного розчину з концентрацією формазину 3 носна похибка склала 2,0% (таблиця приклад 4). Сcт=4,0ОМ/дм , просвічують кювету і реєструють Аналогічно були виконані вимірювання для інвеличину сигналу U11=2,2875В, доливають у кювеших значень концентрації розчину формазину ту стандартний розчин до об'єму V2=55см3 і реєст(таблиця приклади 1-3, 5, 6). рують величину сигналу U21=2,0615В. Відношення 7 66533 8 Таблиця № п/п V2/V1, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11 11 11 11 11 11 3 3 3 20 2 11 13 1.4 14 15 16 17 18 19 Концентрація речовини Формазин, ОМ/дм3 Сульфат міді, г/дм3 Введено Знайдено Введено Знайдено За винаходом 0,20 0,190±0,018 0,40 0,408±0,022 0,80 0,797±0,021 2,0 2,00±0,04 4,0 3,98±0,064 8,0 8,01±0,12 2,50 2,51±0,02 5,00 5,01±0,026 20,0 19,97±0,06 0,40 0,395±0,013 2,50 2,49±0,02 1,0 1,02±0,024 Позамежні значення 2,50 2,45±0,08 За способом [4] 2,0 2,2±0,22 4,0 4,2±0,24 8,0 8,1±0,32 2,50 2,56±0,19 5,00 5,1±0,16 20,0 20,2±0,4 Приклад 3 Визначення концентрації речовини в істинному розчині. У вимірювальну кювету заливають об'єм V1=5см3 холостого розчину, відповідного як стандартному, так і тому розчину, який аналізують, (підкислена сірчаною кислотою дистильована вода, яку використовують для готування обох зазначених вище розчинів сульфату міді), просвічують кювету випромінюванням, що має довжину хвилі 650нм, реєструють сигнал U12=2,3450В, пропорційний інтенсивності світла, яке пройшло через кювету. Доливають у кювету холостий розчин до об'єму V2=15см3 і реєструють величину сигналу U22=2,3365В. Відношення об'ємів V2 та V1 дорівнює 3. Вимірювання повторюють 6 разів. У кювету заливають об'єм V1=5см3 стандартного розчину сульфату міді [1, (С.215-217)] з концентрацією Сст=5,0г/дм3, просвічують кювету і реєструють величину сигналу U11=2,2110В. Доливають у кювету стандартний розчин до об'єму V2=15см3 і реєструють величину сигналу U21=1,9336В. Відношення об'ємів V2 та V1 дорівнює 3. Вимірювання повторюють 6 разів. У кювету заливають об'єм V1=5см3 розчину, що аналізують, - дистильована вода, у яку введено 2,5г/дм сульфату міді, просвічують кювету і реєструють величину сигналу U13=2,2805В, доливають у кювету зазначений вище розчин до об'єму V1=15см3 і реєструють величину сигналу U23=2,1284В. Відношення об'ємів V2 та V1 дорівнює 3. Вимірювання повторюють 6 разів. Стандартному розчину та тому, який аналізують, відповідає один холостий розчин, а тому U12=U14 та U22=U24. Відносна похибка, % (n=6, Р=0,95) 9,0 5,4 2,6 2,0 1,6 1,55 0,8 0,52 0,30 3,2 0,82 2,4 3,0 11 5,9 4,7 7,5 3,1 2,0 Обчислюють величину Сх, з імовірністю 0,95 вона дорівнює 2,51=±0,015г/дм3, при цьому відносна похибка склала 0,6% (таблиця приклад 7). Аналогічно були виконані визначення інших концентрацій розчину сульфату міді (таблиця приклади 8, 9). Співвідношення об'ємів розчину V2/V1 2, що заявляється, вибрано з умов, які забезпечують високу точність визначення концентрації речовини в розчині при збереженні заявлених умов реалізації способу (таблиця приклади 7-9, 11). Позамежне зниження відношення об'ємів V2 та V1, наприклад, до 1,4, приводить до погіршення точності визначення концентрації через зменшення величини аналітичного сигналу (таблиця приклад 13). Верхня межа відношення об'ємів V2 та V1 обмежена фізичними розмірами кювети і на практиці не перевищує 25. Переваги запропонованого способу в порівнянні з відомим підтверджують дані таблиці. Запропонований спосіб дозволяє суттєво збільшити точність визначення концентрації речовини в розчині, що характеризується зменшенням відносної похибки визначення: для колоїдних розчинів у діапазоні концентрацій від 2,0 до 8,0ОМ/дм3 з 11-4,7% до 2,0-1,5%, тобто в 3-5 разів, а для істинних розчинів у діапазоні концентрацій від 2,5 до 20г/дм3 - з 7,5-2,0% до 0,8-0,3%, тобто в 6-9 разів. Наведені в таблиці дані підтверджують також суттєве зменшення нижньої межі визначення концентрації. Запропонований спосіб забезпечує визначення концентрації формазину 0,2ОМ/дм3 з відносною похибкою 9%, у той час як відомий 9 66533 10 2,0М/дм3 з похибкою 11%, тобто нижня межа висів у випадках аналізу розчинів, які слабко поглизначення концентрації зменшується практично на нають світло, наприклад, для контролю мутності порядок. питної води, тому що він дозволяє з високою точПеревагою запропонованого способу є можністю визначати концентрацію формазину, значно ливість його використання в лабораторному аналіменшу гранично допустимої - 2,6ОМ/дм3 [5]. зі та оперативному контролі технологічних проце Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601