Способ определения параметров фазового перехода твердое тело-жидкость и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01N25/06 

1221

Изобретение относится к физико- химическим способам количественного анализа содержания примесей в веществе путем их криоскопического опрееления и может быть использювано g в различных задачах, связанных с изучением фазовых равновесий.

Цель изобретения уменьшение продолжительности измерений и повыение точности определения,10

Способ осуществляется следующим образом.

В адиабатический калориметр помещают ампулу с исследуемым веществом. Производят непрерывный нагрев до тем- J5 ператур вблизи фазового перехода вещества (твердое тело - жидкость). В области фазового перехода нагрев осуществляют подведением дискретных порций тепла, отвечаю1цих фазовым ран- 20 новесиям системы в одинаковых температурных интервалах, емпературньш интервал нагрева определяется как отношение разности температур, соответствующих полному фазовому пере- 25 ходу (при изменении относительной доли вещества в жидкой фазе от О . i до ), к общему числу фазовых равновесий, которые предполагают измерить в процессе фазового перехода (п: 5). ЗО При достижении фазового равновесия измеряют его температуру Т; и подведенное к веществу количество теп- а Q, Затем ампулу нагревают подведением следующей порции тепла, соот- « ветствующей новому шагу термостати- рования, и повторяют процедуру изме- рений.

На основании полученных данных строят зависимость Q (f(T) , с помощью оторой рассчитывают относительную олю жидкой фазы (J) по уравнению

L-iQ,l.

i

т;

где t - теплота плавления вещества,

Дж;

С - теплоемкость жидкой фазы; Qj - количество тепла, вызвавшее под7зем -температуры вещества от Т; до Т .

На основании зависимости (/f ) при V f О определяют температуру

плавления чистого вещества Т , по ко

и торой устанавливают степень его чис-

тоты.

Предложенный способ реализуется с помощью адиабатического калориметра

g

0

J5 0 5 О

0

, ь

566 .2

которого располагают ампулу с исследуемь м веществом, нагреватель ампулы, выполненный из термочувствительного материала, и термодатчик для определения температуры вещества. Нагреватель ампулы включают в плечо автобалансной мостовой схемы для регулирования температуры нагрева, с помощью которой осуществляют дополнительное регулирование температуры в процессе установления фазового равновесия вещества.

На фиг.1 представлена схема устройства для измерения параметров фазового равновесия вещества; на фиг.2- полученная зависимость Q(f(T) для стандартного вещества в криоскопи- ческих исследованиях - бензойной кислоты.

Устройство содержит ампулу с исследуемым веществом, плотно вставленную в нагреватель 2. Последний выполнен из термочувствительного материала и включен в измерительное плечо автобалансиой четырехпле- чевой мостовой схемы, содержащей два образцовых сопротивления 5 и 6. Регулятор температуры 7 включен в измерительную диагональ моста. Термодатчик вещества 8 расположен внутри ампулы i. Нагреватель 2 подвешен внутри адиабатической оболочки 9 с помощью дифференциальной термобатареи 10, соединенной с регулятором температуры 11 адиабатической оболочки 9, окруженной теплоизоляционной оболочкой 12.

Устройство-работает следуюшлм образом.

Вещество в ампуле I нагревают до температуры Tj с помощью нагревателя 2, измеряют Tj и задают величину с помощью магазина сопротивлений 4. В разбалансированном состоянии на мост с выхода регулятора температуры 7 подается максимальное напЬяжение питания. Нагрев нагревателя 2 происходит до тех пор, пока с: ростом сопротивления нагревателя 2 не устранится разбаланс моста. При этом напряжение питания моста автоматически уменьшается до величины, необходимой для поддержания термического равновесия при заданной температуре Т . Адиабатическая оболочка 9 с регулятором температуры I работает как следящая система.

3 .

В течение измерения параметров фаэо вого равновесия поддерживается постоянной разность температур нагревателя 2 и адиабатической оболочки 9, что обеспечивает нормальную ра- боту регулятора температуры 7 с автобалансной мостовой схемой. Температуру Т выбирают на несколько градусов ниже температуры плавления вещества. По установлении фазового равновесия, выявляемого по постоянству мощности, потребляемой нагревателем 2, измеряют температуру вещества с .помощью образцового сопротивления 5. Затем с помощью мага- зина сопротивления 4 устанавливают температуру следующего фазового равновесия Т Т,. Вследствие наступающего при этом разбаланса моста н нагреватель 2 подается максимальная электрическая мощность, которую интегрируют до момента установления равновесия с помощью измерителя энегии 3. Интегрирование выделеной элетрической мощности во времени дает количество тепла, подведенного к веществу при нагреве от Т до Т. Повторяя процедуру измерений при ряде температур фазовых равновесий Т (пгЗ) , отвечакядих изменению доли содержания жидкой фазы от О до 1, получают зависимость (T) (фиг,2)

Относительную долю жидкой фазы , отвечающей каждому на измеренных фазовых равновесий, рассчитывают по казанному уравнению, Термостатиро- вание вещества при заранее заданных температурах фазового равновесия устраняет неконтролируемые утечки тепла - источник погрешности в опре- делении относительной доли жидкой фазы, а использование нагревателя из термочувствительного материала в автобалансной мостовой схеме уменьшает инерционность в измерении пара566

метров фазового равновесия. Температура вещества при данном способе измерения параметров фазового перехода в течение 3 ме.с. изменялась со скоростью 4-10 -К/с при среднем ходе температуры 2-10 К/с. Общее содержание примесей в бензойной кислоте, оцененное по предложенному способу, составило (7±1,4) 10 %.

Формула изобретения

1. Способ определения параметров фазового перехода твердое тело - жидкость, заключающийся в адиадати- ческом нагреве вещества в области температур фазового перехода твердое тело - жидкость дискретными порциями тепловой энергии, измерений температуры и количества тепла по крайней мере при пяти фазовых равновесиях системы и определении по ним искомь1х величин, отличающийся тем, что, с целью уменьшения продолжительности измерений и повышения точности определения, нагрев производят в одинаковых температурных интервалах, равномерно распределенных в области температур фазового перехода при изменении относительной доли вещества в жидкой фазе от О до 1 .

2, Устройство для определения параметров фазового перехода | твёр- дое тело - жидкость, содержаще ё адиабатический калориметр с электроизмерительной системой, внутри которого размещены ампулы с исследуемым веществом, нагреватель ампулы и термодатчик вещества, отличающееся тем, что в электроизмерительную систему калориметра введена автобалансная мостовая схема нагревателя, причем нагревател.ь выполнен из термочувствительного материала.

Изобретение относится к физико- химическим способам количественного анализа содержания примесей в веществе путем их криоскопического определения . Цель изобретения - уменьше-, ние продолжительности измерений и повышение точности определения. В адиабатическом калориметре производят нагрев исследуемого вещества в одинаковых температурных интервалах, равномерно распределенных в области температур фазового перехода при изменении относительной доли вещества в жидкой фазе от О до 1. При достижении фазового равновесия измеряют его температуру Tj и подведенное к веществу количество тепла Q . На основании полученных данных строят зависимость ((Т) , с помощью которой рассчитывают относительную долю жидкой фазы. Адиабатический калориметр содержит ампулу для исследуемого вещества, нагреватель ампулы, выполненный из термочувствительного материала, и термодатчик для определения температуры вещества. Нагреватель ампулы включен в плечо автобалансной мостовой схемы для регулирования температуры нагрева, с помощью которой осуществляют дополнительное регулирование температуры в процессе установления фазового равновесия вещества. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л с IsD N9 СП Од О)

Фи.1

и

«С

ъ

q3ue.2

Составитель Т.Титова Редактор М.Дьшын Техред А.Алиев Корректор Л.Пилипенко

Заказ 1605/50 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал .гаШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Температура,к