СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ АЗОТА В НИТРАТАХ ЦЕЛЛЮЛОЗ Российский патент 2005 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к способам определения содержания азота в нитратах целлюлоз (НЦ).

Известен способ определения содержания азота в нитратах целлюлоз по теплоте взрывчатого превращения (калорийности) (В.И.Гиндич, Л.В.Забелин, Г.Н.Марченко. Производство нитратов целлюлоз. ЦНИИНТИ, 1984, с.332). Метод основан на определении теплоты превращения с последующим расчетом содержания азота (в процентах или миллилитрах NO/г).

Калорийность определяется экспериментально в калориметрических установках. Навеску нитратов целлюлоз помещают в калориметрическую бомбу, создают в ней вакуум до 3 мм рт.ст. остаточного давления, затем погружают бомбу в калориметрический сосуд с водой и зажигают навеску с помощью электрического тока. По окончании опыта определяют подъем температуры воды в калориметрическом сосуде. По повышению температуры воды и навески вычисляют калорийность нитратов целлюлоз в килокалориях на килограмм. Калорийность Q_v(ж) химических нитратов целлюлоз достаточно точно увязывается с содержанием азота следующими уравнениями:

N=(0,0077Q_v(ж)+5,15)%;

N'=(0,123Q_v(ж)+82,3) мл NO/г

Способ отличается многоступенчатостью и длительностью, необходимостью взятия точной навески НЦ, высушенной до постоянной массы и взвешенной с погрешностью 0,0002 г, проведением многократного отсчета температур с точностью до 0,001°С и применяется для определения содержания азота в основном для низкоазотных нитратов целлюлоз, как коллоксилины.

В практике аналитического контроля пороходелия используется нитрометрический метод определения азота - метод Лунге (В.И.Гиндич, Л.В.Забелин, Г.Н.Марченко. Производство нитратов целлюлоз. ЦНИИНТИ, 1984, стр.327), основанный на стехиометрическом выделении азотной кислоты при разложении НЦ серной кислотой. Образующаяся азотная кислота, взаимодействуя с металлической ртутью, восстанавливается до окиси азота, выделившийся объем которой пропорционален содержанию азота в НЦ [ГОСТ В 9197-75. НЦ. Методы определения содержания азота].

Метод длителен и трудоемок, при анализе используется большое количество ртути (5 кг), что экологически небезопасно (аналоги).

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ определения содержания азота в НЦ методом инфракрасной спектроскопии, при котором образец НЦ измельчают, сушат при температуре 65°С в течение 4 часов, затем образец НЦ растворяют в тетрагидрофуране, дают отстояться ночь в помещении, определяют оптическую плотность раствора НЦ в тетрагидрофуране при частоте 1660 см^-1 и вычисляют содержание азота в нитрате целлюлоз по заранее построенному калибровочному графику по формуле % N в НЦ=[(мг N / г раствора)•(граммы растворителя)]/[(граммы НЦ)•10][Analytical Chemistry, 1962, V.34,N 9, pp. 1167-1169] (прототип).

Метод достаточно точен, однако он требует большого времени на пробоподготовку образца, измельчение, взятие точных навесок НЦ, сушку НЦ до постоянного веса. Последнее крайне важно, так как в области 1600-1700 см^-1 имеется поглощение колебания гидроксильной группы воды, что в свою очередь может вызвать завышение результатов анализа.

Кроме того, длительное воздействие нитратов целлюлоз на тетрагидрофуран (C₄H₈O), в котором имеется кислород со свободной парой электронов, приводит к разрыву цикла и к образованию нежелательных этоксисоединений, которые влияют на результаты анализа. К тому же тетрагидрофуран является экологически небезопасным растворителем, обладающим канцерогенными свойствами.

Изобретением решается задача снижения влияния гидроксильной группы ОН воды на результат определения содержания азота в нитратах целлюлоз за счет того, что определяют оптическую плотность двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1, так как в этом диапазоне частот отсутствует поглощение колебаний гидроксильной группы ОН воды; предотвращения возможности образования побочных продуктов (этоксисоединений) за счет замены тетрагидрофурана, обладающего канцерогенными свойствами, на ацетон, что в свою очередь повышает точность определения азота, а также упрощения процесса за счет исключения операции взятия точной навески, сушки и растворения образца.

Отличительными признаками способа являются прессование нитратов целлюлоз в среде бромистого калия при соотношении нитрат целлюлоз:бромистый калий, равном 1:3 в присутствии ацетона с одновременным вакуумированием пресс-формы, фотометрирование полученных таблеток с определением оптической плотности двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1 и расчета величины отношения K=(D_ν=1280)/(D_ν=1060).

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем измельчение нитратов целлюлоз, определение оптической плотности и вычисление содержания азота по заранее построенному калибровочному графику, отличающийся тем, что нитраты целлюлоз смешивают с бромистым калием в соотношении 1:3, затем смесь прессуют в присутствии ацетона с одновременным вакуумированием пресс-формы, полученные таблетки фотометрируют с определением оптической плотности двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1 и рассчитывают величину отношения K=(D_ν=1280)/(D_ν=1060).

В типичном опыте перемешивают массу навески НЦ (с содержанием азота 10,5-14,0%) с бромистым калием в агатовой ступке в соотношении 1:3, помещают смесь в пресс-форму, добавляют ацетон и прессуют с одновременным отсасыванием ацетона из пресс-формы. За счет добавления растворителя и вакуумирования уменьшается степень рассеивания света и увеличивается прозрачность. Выбор соотношения НЦ:KBr= 1:3 обусловлен тем, что при соотношении НЦ:KBr<1:3 получается малая интенсивность полос поглощения, а при НЦ:KBr≪1:3 происходит сильное помутнение таблеток.

Полученные таблетки фотометрируют на ИК-спектрофотометре и определяют оптическую плотность двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1, рассчитывают величину отношения K=(D_ν=1280)/(D_ν=1060) и по заранее построенному графику определяют содержание азота в НЦ. Проводят два параллельных определения и рассчитывают среднее арифметическое значение, округленное до второго знака после запятой.

Построение калибровочного графика проводят по трем-четырем эталонным образцам НЦ с известным содержанием азота.

Определение азота в эталонных образцах проводят методом Лунге.

Расхождение между параллельными определениями не должно превышать 0,8 мл NO/г.

Способ определения азота обладает высокой степенью экспрессности (время анализа 10-15 минут), прост в исполнении, отпадают операции взятия точной навески, сушки и растворения образца, нет необходимости использовать токсичные реактивы, в том числе ртуть.

Перспективно применение способа определения азота на пофазном контроле, где необходима быстрая коррекция технологического процесса нитрации целлюлозы.

Результаты определения азота по стандартному методу Лунге и по предлагаемому нами способу приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1NNСодержание азота в мл NO/гппНитрометрический метод (метод Лунге)Предлагаемый способРасхождение1.196,0196,4+0,42.196,9195,6+1,33.210,2210,0-0,24.214,1214,6+0,55.208,6208,0-0,66.213,9214,5-0,67.195,7195,9+0,28.194,4195,0-0,49.203,5202,8-0,710.206,9207,1+0,2

Таблица 2NNОпределение содержания азота предлагаемым способом в образце НЦппВ мл NO/гСреднее арифметическоеРасхождение между параллельнымиВ%Среднее арифметическоеРасхождение между параллельными1.192,0  12,05    192,30,5 12,070,032.192,5  12,08  3.191,8  12,04    192,00,4 12,050,024.192,2  12,06  5.192,4  12,01    192,30,2 12,040,056.192,2  12,06  

Изобретение относится к способам определения содержания азота в нитратах целлюлоз (НЦ). Способ включает измельчение нитратов целлюлоз, определение оптической плотности и вычисление содержания азота по заранее построенному калибровочному графику, причем нитраты целлюлоз смешивают с бромистым калием в соотношении 1:3, затем смесь прессуют в присутствии ацетона с одновременным вакуумированием пресс-формы, полученные таблетки фотометрируют с определением оптической плотности D двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1 и рассчитывают величину отношения K=(D_ν=1280)/(D_ν=1060). Достигается упрощение процесса определения азота в нитратах целлюлоз за счет исключения операции взятия точной навески, сушки и растворения образца. Способ определения азота обладает высокой степенью экспрессности, прост в исполнении, нет необходимости использовать токсичные реактивы, такие как тетрагидрофуран и ртуть. 2 табл.

Способ определения содержания азота в нитратах целлюлоз методом инфракрасной спектроскопии, включающий измельчение образца нитратов целлюлоз, определение оптической плотности и вычисление содержания азота по заранее построенному калибровочному графику, отличающийся тем, что нитраты целлюлоз смешивают с бромистым калием в соотношении 1:3, затем смесь прессуют в присутствии ацетона с одновременным вакуумированием пресс-формы, полученные таблетки фотометрируют с определением оптической плотности D двух полос поглощения при частотах ν=1280 см^-1 и ν=1060 см^-1 и рассчитывают величину отношения K=(D_ν=1280)/(D_ν=1060).