Спосіб визначення вмісту основної речовини у висококонцентрованих розчинах

Реферат: Спосіб визначення основної речовини у висококонцентрованих розчинах включає додавання до аналізованого розчину хлориду цезію до концентрації 10-30 г/л з наступною дією ультразвуку і вимірюванням інтенсивності сонолюмінесценції. При цьому використовують одночасну дію 2 ультразвуку частотою 18-40 кГц, інтенсивністю 1,30-1,50 Вт/см та ультразвуку частотою 1,0-2,0 2 МГц, інтенсивністю 1,50-2,00 Вт/см . UA 122263 U (12) UA 122263 U UA 122263 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до аналітичної хімії, а саме до способів визначення основної речовини у висококонцентрованих розчинах (200 г/л), і може бути використана у соляній галузі промисловості для визначення вмісту основної речовини у природних розсолах, а також у ядерній енергетиці для визначення вмісту основної речовини у розчинах сольових теплоносіїв. Відомий спосіб визначення вмісту основної речовини у висококонцентрованих розчинах включає осадження її у вигляді малорозчинної у воді сполуки з наступним зважуванням [1]. Недоліком способу є тривалість процесу (6-8 годин), а також недостатні достовірність та відтворюваність результатів аналізу (Sr>0,18), що пов'язано, з тим, що природні розсоли та розчини теплоносіїв знаходяться під тиском у 1,5-2,5 атмосфери. При відборі проби, частина основної речовини випадає в осад внаслідок зниження розчинності при атмосферному тиску, що призводить до зменшення достовірності та погіршення відтворюваності результатів аналізу [1]. Є також спосіб визначення вмісту основної речовини у висококонцентрованих розчинах, що включає відбір проби розчину з наступним її розведенням і визначенням вмісту титрометричним методом [1]. Недоліком такого способу є тривалість процесу (1-2 години), а також недостатні достовірність та відтворюваність результатів аналізу (Sr>0,10), що пов'язано з тим, що природні розсоли та розчини теплоносіїв знаходяться під тиском у 1,5-2,5 атмосфери. При відборі проби частина основної речовини випадає в осад внаслідок зниження розчинності при атмосферному тиску [2, 3]. Також є спосіб визначення вмісту основної речовини у висококонцентрованих розчинах з використанням потенціометрії з іоноселективними електродами [1]. Недоліками способу є неможливість аналізу природних розсолів, які містять значні кількості органічної речовини, що відкладається на мембранах електродів і робить неможливим процес аналізу. Також недоліком є неможливість визначення вмісту основної речовини у розчинах сольових теплоносіїв через негативну дію температур розчину вище 50 °C на процес аналізу [1]. Інші інструментальні методи аналізу - атомно-абсорбційна спектрометрія, полярографія, спектрофотометрія для визначення вмісту основної речовини не придатні через необхідність значного розведення проби в один - десять мільйонів разів, що пов'язано з високою чутливість відомих інструментальних методів аналізу [1]. Найбільш близьким аналогом запропонованої корисної моделі є спосіб визначення основної речовини у висококонцентрованих розчинах, що включає дію ультразвуку (УЗ) частотою 1,0-2,5 2 ГГц, інтенсивністю 12 Вт/см з наступним вимірюванням інтенсивності сонолюмінесценції. При цьому до аналізованого розчину додають хлорид цезію до концентрації 10-30 г/л [4]. Недоліки даного способу виходять із необхідності використання УЗ великої інтенсивності, не менш як 12 2 Вт/см : 1) погіршення відтворюваності результатів аналізу, Sr>0,05; 2) неможливість проведення аналізу при температурах вище 100 °C [4]. В основу корисної моделі поставлена задача зменшення інтенсивності ультразвуку для покращення відтворюваності результатів аналізу і отримання можливості проведення аналізу при температурах вище 100 °C. Поставлена задача вирішується тим, що для ініціалізації сонолюмінесценції використовують одночасну дію УЗ частотою 18-40 кГц, інтенсивністю 1,30-1,50 Вт/см та УЗ частотою 1,0-2,0 МГц, 2 інтенсивністю 1,50-2,00 Вт/см . Спільними суттєвими ознаками найближчого аналога і способу, що заявляється, є використання для ініціалізації сонолюмінесценції дії ультразвуку. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі і досягнутим результатом пояснюється використанням УЗ двох частот для ініціалізації сонолюмінесценції, що обумовлено більш високою ефективністю двочастотного УЗ у порівнянні з УЗ однієї частоти завдяки особливостями утворення і схлопування кавітаційних пухирців при двочастотній дії УЗ, при якій переважно (більше 90 %) утворюються малих сферичних кавітаційних пухирців, при схлопуванні саме яких і інтенсифікуються дані процеси [5]. 3 Спосіб здійснюють наступним чином. 500 см розчину теплоносія або природного розсолу 3 під дією тиску в системі (1,0-2,5 атм.) подають в сонолюмінісцентну камеру місткістю 1000 см , 3 насичують аргоном протягом 5 хв. (10 см у хвилину), охолоджують до температури 100-150 °C. Далі в теплоносій "LiCI" або у природний розсіл вводять хлорид цезію до концентрації, приблизно, 30 г/л, при аналізі теплоносіїв "CsCI-1" та "CsCI-2" хлорид цезію додатково не вводять. Насичують пробу аргоном протягом 3 хвилин і піддають одночасній дії ультразвуку 2 частотою 18-40 кГц, інтенсивністю 1,30-1,50 Вт/см та ультразвуку частотою 1,0-2,0 МГц, 2 інтенсивністю 1,50-2,00 Вт/см . Налаштовують сонолюмінесцентний спектрометр на відповідні аналітичні лінії цезію, натрію і літію і визначають вміст основного компонента. Під час дослідів 1 UA 122263 U 5 10 подачу газу не припиняють, щоб уникнути дегазації розчину і як результат припинення кавітації і сонолюмінесценції [5]. У способі, що заявляється, використовували одночасну дію УЗ частотою 18-40 кГц, 2 2 інтенсивністю 1,30-1,50 Вт/см та УЗ частотою 1,0-2,0 МГц, інтенсивністю 1,50-2,00 Вт/см . У способі за прототипом використовували вплив УЗ частотою 0,5-2,5 МГц, інтенсивністю 2 12,0 Вт/см . У таблиці 1 наведено порівняння відтворюваності результатів аналізу способів визначення вмісту основної речовини у висококонцентрованих розчинах у способі, що заявляється, та у способі за прототипом. У таблиці 2 наведено вплив температури на результати визначення основної речовини у висококонцентрованих розчинах за прототипом та за способом, що пропонується. Таблиця 1 Порівняння метрологічних характеристик способів визначення вмісту основної речовини у висококонцентрованих розчинах у способі, що заявляється, та у способі за прототипом 3 Проба «CsCI-1» «CsCI-2» «LiCI» Розсіл на основі NaCI Введено, 3 г/дм 0 50 0 50 0 50 0 50 Знайдено, г/дм (n=6) Спосіб за прототипом Спосіб, що заявляється х Sr x Sr 397 0,072 399 0,017 429 0,063 446 0,018 594 0,065 600 0,011 612 0,064 644 0,010 393 0,074 398 0,014 427 0,072 427 0,011 312 0,073 320 0,014 353 0,075 362 0,012 У способі за прототипом використано дію ультразвуку частотою 0,5 ГГц, інтенсивністю 12 2 Вт/см . У способі, що пропонується, використано одночасну дію ультразвуку частотою 20 кГц, 2 2 інтенсивністю 1,30 Вт/см та ультразвуку частотою 1,0 МГц, інтенсивністю 1,70 Вт/см . Аналіз проводили при температурі розчину (20,0±0,5)°С. 15 20 25 З табл. 1 випливає, що краща відтворюваність результатів визначення основної речовини виходить при використанні способу, що пропонується. При використанні способу за прототипом відносне стандартне відхилення результатів аналізу становить Sr=0,063-0,075 при визначенні кадмію і Sr=0,011-0,018. З табл. 2 виходить, що використання способу, що пропонується, дозволяє проводити кількісне визначення вмісту основної речовини у висококонцентрованих розчинах до температури 150 °C, а у способі за прототипом до 100 °C. У таблицях 3-6 наведені результати дослідів щодо випливу параметрів УЗ на інтенсивність сонолюмінесценції. Як виходить з табл. 3-6, оптимальними параметрами УЗ є такі: частота низькочастотного УЗ 18-40 кГц (табл. 3), частота високочастотного УЗ 1,0-2,0 МГц (табл. 4), 2 інтенсивність низькочастотного УЗ 1,30-1,50 Вт/см (табл. 5) та інтенсивність високочастотного 2 УЗ 1,50-2,00 Вт/см (табл. 6). 2 UA 122263 U Таблиця 2 Вплив температури на результати визначення основної речовини в розчинах теплоносіїв 3 Проба "CsCI-2" "LiCI" "CsCI-2" "LiCI" "CsCI-2" "LiCI" "CsCI-2" "LiCI" "CsCI-2" "LiCI" "CsCI-2" "LiCI" "CsCI-2" "LiCI" Введено, 3 г/дм 0 50 0 50 0 50 0 50 0 50 0 50 0 50 0 50 0 50 0 50 0 50 0 50 0 50 0 50 Знайдено г/дм (n=6) Спосіб за прототипом Спосіб, що заявляється x Sr x Sr Температура 20 °C 594 0,065 600 0,011 612 0,064 644 0,010 393 0,074 398 0,014 427 0,072 427 0,011 Температура 80 °C 592 0,068 598 0,012 609 0,071 646 0,012 393 0,078 395 0,014 427 0,079 426 0,012 Температура 100 °C 542 0,084 600 0,012 553 0,083 647 0,012 360 0,088 398 0,014 378 0,087 425 0,016 Температура 120 °C 432 0,129 595 0,015 445 0,145 640 0,015 203 0,143 390 0,016 209 0,134 422 0,016 Температура 150 °C 594 0,155 600 0,038 612 0,154 644 0,039 393 0156 398 0,036 427 0,163 427 0,032 Температура 160 °C -* 543 0,097 -* 572 0,094 -* 335 0,096 -* 367 0,109 Температура 170 °C -* 533 0,134 -* 548 0,134 -* 312 0,138 -* 332 0,135 -* Визначення неможливе. У способі за прототипом використано дію ультразвуку частотою 2 0,5 ГГц, інтенсивністю 12 Вт/см . У способі, що пропонується, використано одночасну дію 2 ультразвуку частотою 20 кГц, інтенсивністю 1,3 Вт/см та ультразвуку частотою 1,0 МГц, 2 інтенсивністю 1,7 Вт/см . 3 UA 122263 U Таблиця 3 Вплив частоти низькочастотного ультразвуку на інтенсивність сонолюмінесценції у висококонцентрованих розчинах Визначуваний компонент. Концентрація розчину, г/л 17 кГц 300 1,8 LiCI 400 2,4 400 4,1 CsCI 600 5,2 Інтенсивність сонолюмінесценції, від.од. 18 кГц 20 кГц 30 кГц 40 кГц 7,3 7,3 7,2 7,4 14,4 14,5 14,4 14,5 11,5 11,4 11,4 11,5 23,0 22,9 22,8 22,7 41 кГц 3,9 8,5 4,3 7,1 Представлені усереднені результати шести дослідів. Інтенсивність низькочастотного УЗ 1,30 2 2 Вт/см , частота високочастотного УЗ 1,0 МГц, інтенсивність високочастотного УЗ 1,70 Вт/см . Таблиця 4 Вплив частоти високочастотного ультразвуку на інтенсивність сонолюмінесценції у висококонцентрованих розчинах Визначуваний компонент Концентрація розчину, 0,5 МГц г/л 300 4,2 LiCI 400 6,4 400 6,3 CsCI 600 9,5 Інтенсивність сонолюмінесценції, від.од. 1,0 МГц 1,5 МГц 1,7 мГц 2,0 МГц 2,1 МГц 7,3 14,4 11,5 23,0 7,3 14,2 11,3 22,5 7,2 14,2 11,3 22,4 7,4 14,3 11,2 22,3 2,5 4,7 2,1 3,6 Представлені усереднені результати шести дослідів. Інтенсивність низькочастотного УЗ 1,30 2 2 Вт/см , частота низькочастотного УЗ 20,0 кГц, інтенсивність високочастотного УЗ 1,70 Вт/см . Таблиця 5 Вплив інтенсивності низькочастотного ультразвуку на інтенсивність сонолюмінесценції у висококонцентрованих розчинах Визначуваний компонент. Концентрація розчину, г/л 300 LiCI 400 400 CsCI 600 Інтенсивність сонолюмінесценції, від.од. 1,25 2 Вт/см 1,30 2 Вт/см 1,35 Вт/см 1,40 Вт/см 0,6 1,7 1,8 3,1 7,3 14,4 11,5 23,0 7,3 14,2 11,3 22,5 7,2 14,2 11,3 22,4 2 2 1,50 Вт/см 7,4 14,3 11,2 22,3 2 1,55 Вт/см 2 1,5 3,5 3,7 5,9 Представлені усереднені результати шести дослідів. Частота низькочастотного УЗ 20 кГц, 2 частота високочастотного УЗ 1,0 МГц, інтенсивність високочастотного УЗ 1,70 Вт/см . 5 4 UA 122263 U Таблиця 6 Вплив інтенсивності високочастотного ультразвуку на інтенсивність сонолюмінесценції у висококонцентрованих розчинах Визначуваний компонент. Концентрація розчину, 1,45 Вт/см2 г/л 300 1,8 LiCI 400 4,0 400 3,9 CsCI 600 7,2 Інтенсивність сонолюмінесценції, від.од. 1,50 2 Вт/см 1,60 Вт/см 7,4 14,1 11,4 23,1 7,5 14,2 11,6 23,0 2 1,70 Вт/см 7,3 14,4 11,5 23,0 2 2 2,00 Вт/см 2,10 Вт/см 7,7 14,6 11,7 22,8 2 4,5 7,1 2,3 3,7 Представлені усереднені результати шести дослідів. Частота низькочастотного УЗ 20 кГц, 2 частота високочастотного УЗ 1,0 МГц, інтенсивність низькочастотного УЗ 1,70 Вт/см . 5 10 15 20 25 Порівняння способу, що заявляється, зі способом по прототипу показує, що він має на відміну від способу по прототипу істотні відзнаки, які дозволяють зменшити інтенсивність ультразвуку, що використовується, покращити відтворюваність результатів аналізу і отримати можливість проведення аналізу при температурах до 150 °C. Таким чином, експеримент показав, що використання УЗ з частотою 18-40 кГц, 2 2 інтенсивністю 1,30-1,50 Вт/см та УЗ частотою 1,0-2,0 МГц, інтенсивністю 1,50-2,00 Вт/см дозволяє покращити відтворюваність результатів аналізу висококонцентрованих розчинів на вміст основної речовини і отримати можливість проведення аналізу при температурах до 150 °C. Джерела інформації: 1. Бакланов О.М. Аналітична хімія кухонної солі та розсолів: монографія / О.М. Бакланов, А.П. Авдєєнко, Ф.О. Чмиленко, Л.В. Бакланова; МОНМС України, Донбас, держ. машинобуд. акад., Укр. інж.-пед. акад. – Краматорськ. - 2011. - 284 с. 2. Чмиленко Ф.О. Використання ультразвукового випромінювання у хімічному аналізі: монографія / Ф.О. Чмиленко, О.М. Бакланов; Укр. інж.-пед. акад. - Горлівка: Ліхтар, 2009. - 170 с. 3. Бакланов А.Н. Ультразвук в аналитической химии и химической технологии: монография / А.Н. Бакланов, А.П. Авдеенко, С.А. Коновалова, Л.В. Бакланова. - Краматорск: ДГМА, 2012. 332 с. 4. Белова Е.А. Сонолюминисцентная спектроскопия в анализе теплоносителей АЭС в потоке / Е.А. Белова, Ф.А. Чмиленко, А.Н. Бакланов // Вісник Дніпропетровського університету. Серія: Ракетно-космічна техніка. - 2009. - Т. 17. - Вип. 4. - С. 96-101. 5. Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. - М.: Химия. - 1986. - 288 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Спосіб визначення основної речовини у висококонцентрованих розчинах, що включає додавання до аналізованого розчину хлориду цезію до концентрації 10-30 г/л з наступною дією ультразвуку і вимірюванням інтенсивності сонолюмінесценції, який відрізняється тим, що 2 використовують одночасну дію ультразвуку частотою 18-40 кГц, інтенсивністю 1,30-1,50 Вт/см 2 та ультразвуку частотою 1,0-2,0 МГц, інтенсивністю 1,50-2,00 Вт/см . 35 Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5