СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ БЕНЗИНОВ Российский патент 2004 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к способам и средствам измерений поверхностного натяжения жидких сред.

Известен способ определения поверхностного натяжения жидкостей (SU №1753368, G 01 N 13/02, 1992), включающий измерение высоты капиллярного поднятия, т.е. расстояния между линией трехфазного периметра смачивания и вершиной мениска жидкости в капилляре, определение капиллярной постоянной на основании численного решения основного уравнения капиллярности и расчет поверхностного натяжения.

Недостатком данного способа является большая длительность измерения и необходимость использования катетометра для наблюдения положения вершины мениска жидкости в капилляре.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения поверхностного натяжения жидкостей (Физическая химия поверхностей. А.Адамсон. М.: Мир, 1979, с.14), включающий погружение нижнего конца вертикально расположенного капилляра в анализируемую жидкость и измерение высоты капиллярного поднятия жидкости.

Недостатком такого способа определения поверхностного натяжения жидких сред является необходимость дополнительного измерения плотности этой среды, что обычно осуществляется с помощью ареометра или плотномера и аналитических весов, что требует значительного количества анализируемой жидкости. Так при использовании ареометра необходимо (100-150) см³ анализируемой жидкости. При использовании плотномера и аналитических весов количество анализируемой среды может быть уменьшено до (0,5-1) см³.

Задачей изобретения является упрощение технологии определения поверхностного натяжения бензинов и получение возможности определения поверхностного натяжения микроколичеств анализируемой жидкой среды.

Технический результат - создание простого способа определения поверхностного натяжения микроколичеств бензинов.

Технический результат достигается тем, что в способе определения поверхностного натяжения бензинов, включающем погружение нижнего конца вертикально расположенного капилляра в анализируемый бензин и измерение высоты капиллярного поднятия бензина, дополнительно согласно изобретению измеряют коэффициент преломления бензина и выполняют вычисления по формуле

где σ - поверхностное натяжение бензина при 20°С, Н/м;

n - коэффициент преломления бензина при 20°С;

h - высота капиллярного поднятия, м;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

r - радиус капилляра, м.

Использование коэффициента преломления в качестве параметра, характеризующего состав анализируемого бензина, позволяет реализовать определение поверхностного натяжения микроколичеств бензина.

По сравнению с прототипом заявленный способ имеет отличительную особенность в совокупности действий и параметров, обеспечивающих эти действия.

Теоретическим обоснованием предлагаемого способа определения поверхностного натяжения бензинов является зависимость между коэффициентом преломления и плотностью жидких сред, которая найдена для некоторых индивидуальных веществ (Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы в химии. Л.: Химия, 1974, с.11-18). Для бензинов, представляющих смесь углеводородов различных классов, были выполнены экспериментальные исследования, в процессе которых была установлена зависимость между коэффициентом преломления и плотностью бензина, а затем была получена зависимость (1) для определения поверхностного натяжения бензинов.

На чертеже показана схема установки, использованной для проверки предлагаемого способа определения поверхностного натяжения бензинов.

На чертеже обозначены: 1 - штатив с упорами 2 и 3 и направляющей канавкой 4; 5 - капилляр известного внутреннего диаметра; 6 - линейка; 7 - подвижная муфта; 8 - лунка; 9 - крепежный винт; 10 - микрошприц (объем 100 мкл); 11 - соединительная трубка; 12 - фильтр-осушитель; 13 - пневмотумблер; 14 - микрокомпрессор.

Способ определения поверхностного натяжения бензинов реализуется на установке следующим образом.

Отвинчивают винт 9 и перемещают муфту 7 вниз до упора 2. С помощью пневмотумблера 13 подключают фильтр-осушитель 12 к выходу микрокомпрессора 14. Воздух от этого компрессора, очищаемый от паров воды, поступает через трубку 11 в верхний конец капилляра 5, выталкивает из него бензин, который остался в капилляре от предыдущего определения. При этом на нижнем конце капилляра образуется капелька бензина, которую удаляют промоканием. Капилляр продувают воздухом 1-2 мин. В это время промоканием удаляют остатки предыдущей пробы бензина из лунки 8. Перед анализом очередной пробы бензина с помощью тумблера 13 микрокомпрессор 14 отсоединяют от фильтра 12 и подача воздуха в капилляр прекращается. С помощью микрошприца 10 в лунку 8 вводят пробу анализируемого бензина объемом 20 мкл, а затем перемещают муфту 7 вверх до упора 3 и закрепляют ее в таком положении с помощью винта 9. Нижний конец капилляра 5 при этом погружается в пробу анализируемого бензина, введенную в лунку 8. При этом глубина погружения нижнего конца капилляра при всех определениях остается постоянной и составляет приблизительно 0,5 мм, это обеспечивается механической конструкцией установки. Анализируемый бензин перемещается во внутренней полости капилляра 5 за счет эффекта капиллярного поднятия. После того как столбик бензина достигнет некоторой постоянной высоты, по шкале линейки 6 отсчитывают значение высоты капиллярного поднятия.

С помощью рефрактометра, работающего по методу полного внутреннего отражения света (рефрактометр типа ИРФ-454 Б2М) и требующего для анализа 10-20 мкл вещества, измеряют коэффициент преломления анализируемого бензина.

По найденным значениям высоты капиллярного поднятия h, коэффициента преломления n и значению внутреннего радиуса капилляра по формуле (1) вычисляют значение поверхностного натяжения анализируемого бензина. Продолжительность одного анализа составляет 3-4 мин, а для определения требуется 30-40 мкл анализируемой среды.

В таблице приведены результаты измерений образцов различных бензинов, выполненные с использованием предлагаемого способа и капилляра с внутренним диаметром 0,206-10^-3 м. Для сравнения в таблице приведены результаты измерений поверхностного натяжения, выполненные по методу максимального давления пузырька воздуха (Айвазов Б.В. Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции. М.: Высшая школа, 1973, с.10-11), который считается одним из наиболее точных.

Из результатов измерений поверхностного натяжения, приведенных в таблице, следует, что предлагаемый способ обеспечивает возможность точного измерения поверхностного натяжения микроколичеств бензинов. При этом также обеспечивается экспрессность определения.

Преимуществами предлагаемого способа являются:

- простота реализации;

- высокая скорость анализа;

- возможность определения поверхностного натяжения микроколичеств анализируемого бензина.

Предлагаемый способ может найти применение в практике заводских лабораторий нефтеперерабатывающих предприятий, в лабораториях нефтебаз, а также в лабораториях научно-исследовательских организаций.

Использование: изобретение относится к области аналитической техники, а именно к способам и средствам измерений поверхностного натяжения жидких сред. Сущность: для определения поверхностного натяжения бензинов погружают нижний конец вертикально расположенного капилляра в анализируемый бензин и измеряют высоту капиллярного поднятия бензина. Дополнительно измеряют коэффициент преломления бензина и выполняют вычисления по формуле σ=870(n-1)h·g·r, где σ - поверхностное натяжение бензина при 20°С, Н/м; n - коэффициент преломления бензина при 20°С; h - высота капиллярного поднятия, м; g - ускорение свободного падения, м/с²; r - радиус капилляра, м. Технический результат - упрощение способа определения поверхностного натяжения бензинов. 1 ил., 1 табл.

Способ определения поверхностного натяжения бензинов, включающий погружение нижнего конца вертикально расположенного капилляра в анализируемый бензин и измерение высоты капиллярного поднятия бензина, отличающийся тем, что дополнительно измеряют коэффициент преломления бензина и выполняют расчет по формуле

σ=870(n-1)h·g·r,

где σ - поверхностное натяжение бензина при 20°С, Н/м;

n - коэффициент преломления бензина при 20°С;

h - высота капиллярного поднятия, м;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

r - радиус капилляра, м.