Способ определения температуры насыщения раствора Советский патент 1984 года по МПК C30B7/00 

109 Изобретение относится к получению кристаллов из растворов. Известен способ определения температуры насьпцения растворов путем наблюдения за концентрационными потоками, при определении температуры насыщения которым в заведомо перегре тый раствор опускают на каком-либо подвесе кристалл и, подбирая освещение таким образом, чтобы были видны концентрированные потоки, стекающие вниз с растворяющегося кристалла, ве дут за ними наблюдение, постепенно снижая температуру раствора. При прохождении температуры насыщения наблюдают момент исчезновения концентрационных потоков, а при дальнейшем понижении температуры раствора устанавливают смену направления движения потоков, которые при росте кристалла направлены вверх 13, Однако наблюдение за концентрационными потоками требует определенного навыка. Кроме того, потоки при приближении к температуре насьщения становятся неразличными, что в ряде случаев делает затруднительным определение точки насыщения раствора с требуемой точностью. Определенные данным методом значения температуры завьшены на 0,, особенно при скоростях охлаждения раствора более 2 - 3 С в 1 ч или при значительной вязкости раствора. Известен способ определения температуры насыщения раствора путем на блюдения за процессами роста-растворения кристаллов в термостатированно кювете под микроскопом на микроустановке. Для определения точки насыщения наблюдают за процессами ростарастворения кристалла, помещенного в раствор, который залит в термостатированную кювету. Пока температура в кювете вьше точки насыщения раствора процессы растворения фиксируются по исчезновению острых ребер и вершин кристалла и по закруглению его очертаний-. При понижении температуры и переходе к росту кристалла наблюдают появление плоских участков граней, образование на кристалле ребер и вершин. Непосредственно точку насьщения раствора не устанавливают. Сначала устанавливают какую-либо вилку в 1,5 - 2°, которую затем сужают до требуемого значения более тщательными определениями при меньших скоростях снижения температуры 23. 2 Однако определение точки насыщения данным способом требует весьма значительных затрат времени, и результаты обычно занижены на несколько десятых градуса. Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является способ определения температуры насьпцения раствора путем наблюдения за концентрационньгми потоками при использовании растровой оптики, что несколько облегчает наблюдение за концентрационными потоками ГЗ. При определении точки насьпцения по этому методу по мере снижения температуры наблюдение ведут за концентрационными потоками по их теневой проекции на экране и за четкостью изображения слоя раствора.через который происходит диффузия вещества от кристалла в раствор или наоборот (дворик кристаллизации). Дворик кристаллизации является оптической неоднородностью и дает изображение на экране растровой оптической сие- , темы. В этом случав фиксируют .момент исчезновения концентрационных потоков и дворика кристаллизации, что соответствует прохождению через температуру насьщения раствора. Фиксация точки насыщения этим способом также затрудняется замедлением процессов роста-растворения при приближении к температуре насыщения, практически полным исчезновением потоков и уменьшением четкости изображения дворика кристаллизапии за несколько десятых градуса до температуры насыщения. . Кроме того, требуется создание специального устройства с достаточно сложной и хорошо отлаженной оптической системой, причем точность метода в значительной степени определяется качеством наладки оборудования. Точность определения температуры насьш ения раствора составляет +0,05°С. Таким образом, все перечисленные способы определения точки насыщения отличаются тем, что они требуют специальных, подчас достаточно сложных установок, значительньгх затрат времени на проведение определения за счет получения температурной вилки с последующим ее сужением, и в ряде случаев не обеспечивают необходимую точность определения температуры насыщения / Целью изобретения является упрощение способа определения температу ры насьпдения раствора. Поставленная цель достигается те что согласно способу определения температуры насьпцения раствора путе наблюдения в прозрачной емкости с раствором различия показателей преломления в дворике кристаллизации около кристалла и общей массе раств ра с визуальным фиксированием момен та установления равенства показателей преломления, момент установлени равенства показателей преломления фиксирзтот по исчезновению искажений в дворике кристаллизации контрастно линии от предмета, установленного з прозрачной емкостью так, чтобы лини пересекала границу раздела кристалл раствор. На фиг. 1 изображен характер -искажений контрастной линии при растворении кристалла, на фиг, 2 - характер искажений контрастной линии при росте кристалла, на фиг. 3 - от сутствие искажений контрастной лини в дворике кристаллизации при температуре насыщения раствора, на фиг.4 схема устройства для определения температуры насьпцения раствора. При растворении кристалла, т.е. при температурах вьпие точки насьщения раствора (при концентрациях ниже концентрации насыщения), раствор в дворике растворения имеет более высокую концентрацию и, следователь но, более высокий показатель прелом ления по сравнению с окружающей массой раствора. При росте кристалла т.е. при температурах ниже точки насыщения (при концентрациях вьше концентрации насыщения), концентрация раствора и показатель преломления в дворике кристаллизации ниже, чем в основной массе раствора. В насьщенном растворе,когда кристалл не растет и не растворяется, отсутствует различие в концентрациях, а следовательно, и в показателях преломления в основной массе раствора и в слое, примыкающем к кристаллу. Отклонение показателя преломления раствора в слое, примыкающем к кристаллу, от показателя преломления основной массы раствора устанавливают путем наблюдения за очертаниями какого-либо предмета черёз раствор. Предмет располагается таким образом чтобы часть очертаний предмета просматривалась через дворик кристаллизации. Искажения очертаний предметов или их линий при росте и растворении носят обратный характер, а в момент прохождения через точку насыщения искажения очертаний предмета отсутствуют. Для удобства наблюдения за контрастной линией в дворике кристаллизации применяется анаморфотная растягивающая оптическая система, позволяющая наблюдать малые искажения очертаний предмета при приближении к точке насыщения и, тем самым, точнее установить момент отсутствия искажений, соответствующий точке насыщения раствора. В качестве простейшей анаморфотной оптической системы, дающей растянутое изображение, могут служить: цилиндрический сосуд кристаллизатора или (и) термостата, обычно применяемые в практике выращивания кристаллов и заполненные раствором и водой соответственно, накладные цилиндрические линзы, монтируемые на плоскопараллельные стенки кюветы, цилиндрический стакан и т.п. В качестве наблюдаемого предмета можно применять детали кристаллизатора, лист черной бумаги с ровным краем, черную нить, лезвие ножа и т.п. Для удобства наблюдения контрастная линия от предмета должна пересекать границу кристалл-раствор под углом . При растворении кристалла угол, составляемьй линией предмета и границей кристаллраствор, становится меньще 45 (фиг. 1), где Г- кристалл, 2 - контрастная линия от предмета, установленного за кристаллизатором, например, полоска фольги, 3 - наблюдаемое искажение изображения контрастной линии в дворике кристаллизации, 4 - кристаллодержатель. При росте кристалла (при температуре раствора ниже точки насьщ1ения) наблюдаемая контрастная линия от предмета искажается таким образом, что угол, составляемый наблюдаемой контрастной линией и границей кристалл-раствор, становится более крутым (фиг. 2). В точке насыщения раствора наблюдаемая прямолинейная контрастная линия в дворике кристаллизации у границы кристалл-раствор искажения не претерпевает (фиг. 3). Пример 1. Определение температуры насьщ ения в термостатированном кристаллизаторе на примере нитрата бария (фиг. 4). Простейшей растягивающей оптической системой служит накладная цилиндрическая линза 5, установленная на иммерсионной жидкости (глицерин) или на клею на задней стенке кристаллизатора 6. Меж ду линзой и стенкой кюветы располагается полоска фольги 2, наклоненная под углом 45° к горизонтальному диаметру кристаллизатора. В кристаллизатор, перегретый примерно на 5 10°С выше предполагаемой точки насыщения, приготовленного раствора, определенной предварительно по данным растворимости (при 55°С растворимост нитрата бария 18 гр в 100 мл воды), заливают раствор, нагретый примерно до этой же температуры, и устанавливают кристалл 1 шириной 1 - 2 мм и длиной до 5 мм, укрепленный на кристаллодержателе 4 из стеклянной оттянутой нити с помощью тонкой хлорвиниловой трубочки или на клею. Кристалл устанавлива1рт таким образом, чтобы он располагался на уровне среза фольги под углом, примерно, 45. Наблюдение для удобства ведут через лупу, которую либо укрепляют перед кюветой, либо приклеивают (или устанавливают на иммерсионной жидкости) на переднюю стенку кюветы 7). По мере понижения температуры раствора следят за характером искажения контрастной линии 3 у границы кристаллраствор (дворик кристаллизации) и фиксируют температуру, при которой искажение отсутствует. Эта температура и является температурой насыщения раствора. П р и м е р 2. Определение- температуры насыщения в цилиндрическом стеклянном химическом стакане на при мере раствора дидейдерофосфата калия В стакан наливают заведомо перегретый испытуемый раствор, в который подвешивают на нитке кристалл ДКДР и помещают термометр таким образом, чтобы ртутный шарик его располагался рядом с кристаллом (на од ном уровне с ним). За стаканом помещают горизонтально или слегка накло нно лист черной бумаги, изображе ние края которого наблюдают на светлом фоне через стакан с раствором и границу кристалл-раствор. По мере понижения температуры устанавливают момент, когда искажение изображения среза листа, наблюдаемого через дво рик кристаллизации, отсутствует, фиксируют эту температуру, которая и является температурой насьпцения испытуемого раствора. При скорости охлаждения раствора О,2°С/мин время определения температуры насьш1ения составляет приблизительно 25 - 30 мин. П р и м е р 3. При постановке опыта по выращиванию кристалла пентабората калия, расположенного на кристаллодержателе на дне кристаллизатора, в кристаллизатор, нагретый до температуры, превьшающей не 8-10°С предполагаемую температуру насьпцения (порядка 55°С, растворимость соли 8 гр в 100 мл воды), заливают раствор, перегретый на 2-5° выше температуры кристаллизатора. Перегрев раствора необходим для изображения запаразичивания и легкого оплавления затравки. Для определения точного значения температуры насыщения раствора в качестве растягивающей оптической системы используют цилиндрические сосуды кристаллизатора и термостата, заполненные соответственно раствором и водой. За сосудом термостата устанавливают лист черной бумаги с ровным четким краем (или на сосуде термостата укрепляется черная нить) таким образом, чтобы ровный край листа (шга нить), просматриваемый через кристаллизатор и термостат, выглядел расположенным за затравкой и пересекал границу кристалл-раствор не под прямьпч углом. Необходимой подсветкой добиваются хорошо видимого изображения. Наблюдения ведут в статическом режиме. Пока температура раствора превышает точку насыщения, т.е. в процессе растворения затравки, устанавливают соответствующее искажение наблюдаемой контрастной линии при пересечении контура кристалла и продолжают наблюдение за характером искажения по ходу снижения температуры раствора. Температура, при которой искажение исчезает, является температурой насыщения раствора. Длительность определения зависит только от скорости снижения температуры, точность составляет 0,. Так как определение температуры насыщения -раствора проводится в рабочем сосуде, то непосредственно после ее установления задается выбранное переохлаждение, и начинается процесс выращивания.

Таким образом, предлагаемьтй способ позволяет упростить процесс определения температуры насыщения раствора за счет проведения измерений без использования сложной растровой оптической системы, при этом сохраняется высокая точность и скорость определения температуры насыщения раствора.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАСЫЩЕНИЯ РАСТВОРА, включающий наблюдение в прозрачной емкости с раствором различия показателей преломления в дворике кристаллизации около кристалла и общей массе раствора с визуальным фиксированием момента установления равенства показателей преломления, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса определения, момент установления равенства показателей преломления фиксируют по исчезновению искажений в дворике кристаллицизации контрастной линии от предмета, устаS новленного за прозрачной емкостью так, чтобы линия пересекала границу (Л раздела кристалл-раствор. со а СА ЗБЦША Ю..

2 J

У

v-.. .-