Способ определения концентрации насыщенного пара летучих веществ при заданных условиях в герметичном объеме Российский патент 2024 года по МПК G01N5/04 

Изобретение относится к области испытаний физических свойств различных летучих веществ, а именно к созданию способа определения концентрации насыщенного пара летучих веществ при заданных условиях в герметичном объеме.

Анализ существующего уровня техники в указанной области показал, что известно достаточно много способов проведения испытаний (исследований, экспериментов, опытов) по определению концентрации (в том числе, насыщенной) различных веществ. Однако практически все они (как, например, «Способ определения летучести и теплоты испарения жидких веществ» по патенту RU 2488811 С1) основаны на преобразованной формуле Менделеева-Клапейрона (1):

где С - концентрация пара (газа), мг/м³; Р - давление пара (газа), мм рт.ст.; М - молекулярная масса пара (газа), г/моль; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль⋅К); Т - абсолютная (фактическая) температура, К.

При этом для расчета насыщенной концентрации пара летучего вещества обязательно требуются значения давления его насыщенного пара и молярной массы. При исследовании неизвестного вещества или смеси (двух и более) различных летучих веществ получить значения указанных параметров затруднительно.

Задачей настоящего изобретения является создание способа определения концентрации насыщенного пара одного или нескольких известных и (или) неизвестных летучих веществ (в частности, жидких и (или) твердых) при заданных условиях (в частности, температуре и давлении) в герметичном объеме.

Сущность изобретения заключается в определении изменения массы одного или смеси нескольких летучих веществ, находящихся в жидком и (или) твердом состояниях, в герметичном объеме при заданных температуре и давлении, и последующем расчете концентрации насыщенных паров.

Подобного способа для определения концентрации насыщенного пара жидкости при заданных условиях не существует, однако за прототип можно принять монографию авторов И.Л. Розенфельда, К.А. Жигаловой «Ускоренные методы коррозионных испытаний металлов» [Розенфельд И.Л., Жигалова К.А. Ускоренные методы коррозионных испытаний металлов // М.: «Металлургия», 1966 г.], в которой описан способ определения количества испаряющегося вещества с помощью весов Мак-Бена в вакуумной установке (для определения, в частности, летучести ингибиторов коррозии их помещают в сосуд с отверстием и периодически взвешивают).

При решении указанной задачи был достигнут технический результат, заключающийся в возможности определения концентрации насыщенного пара одного или нескольких известных и (или) неизвестных летучих веществ (в частности, жидких и (или) твердых) при заданных условиях (в частности, температуре и давлении) в герметичном объеме.

Технический результат заявленного изобретения достигается последовательным выполнением следующих мероприятий: подготовка к исследованиям; проведение исследований; обработка, анализ и оценка результатов исследований.

При подготовке к исследованиям проводится определение объема аналитических весов второго класса точности (а на Фиг. 1) путем измерения их геометрических размеров (в частности, длины, ширины и высоты). В герметичное устройство (ГУ) объемом не менее 0,02 м³ (наиболее целесообразными геометрическими формами требуемого ГУ являются прямоугольный параллелепипед и куб) с прозрачными стенками (наиболее целесообразным материалом для изготовления требуемого ГУ является стекло) и герметично закрывающейся прозрачной крышкой (б на Фиг. 1) помещаются аналитические весы второго класса точности, которые включаются. Далее на аналитические весы устанавливается чашка Петри (в на Фиг. 1), после чего значение массы на аналитических весах вместе с тарой (чашкой Петри) приводится к значению 0 г. В лабораторном журнале (рабочей тетради) фиксируются показания температуры и давления, которые поддерживаются в течение проведения исследований. В случае исследования ядовитых летучих веществ (например, сильнодействующих ядовитых веществ, токсичных химикатов и т.п.), ГУ вместе с аналитическими весами устанавливаются в соответствующий вытяжной шкаф (требуемый для работы с этими ядовитыми летучими веществами), и последующие исследования проводятся в этом вытяжном шкафу.

Проведение исследований начинается в момент помещения в чашку Петри, установленную на аналитических весах, одного или нескольких исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и (или) твердом состояниях (г на Фиг. 1), массой не менее 10 г (в зависимости от объема используемого герметичного устройства и свойств исследуемых летучих веществ их масса может быть увеличена) и герметичного закрытия крышки ГУ, после чего фиксируется масса исследуемых летучих веществ (время фиксации массы исследуемых летучих веществ не должно превышать 5 секунд после помещения их в чашку Петри и закрытия крышки ГУ). Далее проводится фиксация изменения (уменьшения) массы исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и (или) твердом состояниях, до момента, когда она перестанет изменяться (момент, когда насыщенный пар находится в динамическом равновесии со своей жидкостью или твердым телом). В случае, если исследуемое летучее вещество (смесь летучих веществ) полностью перешло в парообразное состояние, т.е. значение массы на аналитических весах равно 0 г, исследование повторяется с большей массой исследуемого летучего вещества (смесью летучих веществ).

При обработке, анализе и оценке результатов исследований определяется концентрация насыщенного пара одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ (в частности, жидких и (или) твердых) при заданных условиях (в частности, температуре и давлении) в герметичном объеме по формуле (2):

где С_нп - концентрация насыщенного пара одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ (в частности, жидких и (или) твердых) при заданных условиях (в частности, температуре и давлении) в герметичном объеме, г/м³;

m₀ - начальная (в момент помещения в чашку Петри) масса одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и (или) твердом состояниях, г;

m_др - масса одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и (или) твердом состояниях, после момента наступления динамического равновесия с их насыщенным паром, г;

V_ГУ - объем ГУ, м³;

V_ав - объем используемых аналитических весов второго класса точности, м³.

На Фиг. 1 изображен общий вид исследовательской установки для определения концентрации насыщенного пара летучих веществ при заданных условиях в герметичном объеме, где: а - аналитические весы второго класса точности; б - чашка Петри; в - исследуемое летучее веществ (смесь летучих веществ); г - герметичное устройство объемом не менее 0,02 м³ с прозрачными стенками и герметично закрывающейся прозрачной крышкой.

Одним из существенных отличительных признаков патентуемого способа является использование для создания исследовательской установки универсального, широко распространенного и доступного лабораторного оборудования. Использование другой установки не позволит достичь заявленного технического результата.

Вторым существенным отличительным признаком патентуемого изобретения является алгоритм определения концентрации насыщенного пара одного или нескольких известных и (или) неизвестных летучих веществ (в частности, жидких и (или) твердых) при заданных условиях (в частности, температуре и давлении) в герметичном объеме. Изменение алгоритма, равно как и использование другого алгоритма, не позволит определить концентрацию насыщенного пара одного или нескольких исследуемых летучих веществ при заданных условиях в герметичном объеме.

Третьим существенным отличительным признаком патентуемого изобретения является порядок расчета, позволяющий определить концентрацию насыщенного пара одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ (в частности, жидких и (или) твердых) при заданных условиях (в частности, температуре и давлении) в герметичном объеме. Изменение порядка расчета приведет к ошибочным результатам.

Проведенные патентные исследования не выявили технических решений, ставших общедоступными в мире до даты приоритета заявленного способа и характеризующихся заявляемой совокупностью признаков, следовательно, можно предположить, что указанное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Для применения заявляемого изобретения используется стандартное, широко распространенное и доступное оборудование, апробировано в опытно-промышленных условиях, что соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Изобретение относится к области испытаний физических свойств различных летучих веществ, а именно к созданию способа определения концентрации насыщенного пара летучих веществ при заданных условиях в герметичном объеме. Способ определения концентрации насыщенного пара летучих веществ при заданных условиях в герметичном объеме заключается в том, что сначала проводится определение объема аналитических весов второго класса точности путем измерения их геометрических размеров. Затем они помещаются в герметичное устройство объемом не менее 0,02 м³ с прозрачными стенками и герметично закрывающейся прозрачной крышкой. Аналитические весы второго класса точности включаются и на них устанавливается чашка Петри. После чего значение массы с тарой приводится к значению 0 г, и фиксируются показания температуры и давления, которые поддерживаются в течение проведения исследований. С разрывом по времени не более 5 секунд в чашку Петри, установленную на аналитических весах, помещается одно или несколько исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и/или твердом состояниях, массой не менее 10 г, герметично закрывается крышка герметичного устройства и фиксируется масса исследуемых летучих веществ в чашке Петри. Проводится фиксация изменения массы исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и/или твердом состояниях, до момента, когда она перестанет изменяться, в частности, уменьшаться, после чего вычисляется концентрация насыщенного пара одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ, в частности, жидких и/или твердых, при заданных условиях, в частности, температуре и давлении, в герметичном объеме по формуле:

где С_нп - концентрация насыщенного пара одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ, в частности, жидких и/или твердых, при заданных условиях, в частности, температуре и давлении, в герметичном объеме, г/м³; m₀ - начальная масса одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и/или твердом состояниях, г; m_др - масса одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и/или твердом состояниях, после момента наступления динамического равновесия с их насыщенным паром, г; V_ГУ - объем герметичного устройства, м³; V_aв - объем используемых аналитических весов второго класса точности, м³. Техническим результатом является возможность определения концентрации насыщенного пара одного или нескольких известных и (или) неизвестных летучих веществ при заданных условиях в герметичном объеме. 1 ил.

Способ определения концентрации насыщенного пара летучих веществ при заданных условиях в герметичном объеме, отличающийся тем, что сначала проводится определение объема аналитических весов второго класса точности путем измерения их геометрических размеров, затем они помещаются в герметичное устройство объемом не менее 0,02 м³ с прозрачными стенками и герметично закрывающейся прозрачной крышкой, далее аналитические весы второго класса точности включаются и на них устанавливается чашка Петри, после чего значение массы с тарой приводится к значению 0 г, и фиксируются показания температуры и давления, которые поддерживаются в течение проведения исследований, затем с разрывом по времени не более 5 секунд в чашку Петри, установленную на аналитических весах, помещается одно или несколько исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и/или твердом состояниях, массой не менее 10 г, герметично закрывается крышка герметичного устройства и фиксируется масса исследуемых летучих веществ в чашке Петри, далее проводится фиксация изменения массы исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и/или твердом состояниях, до момента, когда она перестанет изменяться, в частности, уменьшаться, после чего вычисляется концентрация насыщенного пара одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ, в частности, жидких и/или твердых, при заданных условиях, в частности, температуре и давлении, в герметичном объеме по формуле:

С_нп - концентрация насыщенного пара одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ, в частности, жидких и/или твердых, при заданных условиях, в частности, температуре и давлении, в герметичном объеме, г/м³; m₀ - начальная масса одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и/или твердом состояниях, г; m_др - масса одного или смеси нескольких исследуемых летучих веществ, находящихся в жидком и/или твердом состояниях, после момента наступления динамического равновесия с их насыщенным паром, г; V_ГУ - объем герметичного устройства, м³; V_aв - объем используемых аналитических весов второго класса точности, м³.