Способ определения борной кислоты Советский патент 1992 года по МПК G01N31/16 

Изобретение относится к аналитической химии бора и его соединений и может быть использовано в химической, фармацевтической, металлургической, стекольной промышленности, в производстве борсо- держащих удобрений и других областях промышленности, где необходим аналитический контроль содержания борной кислоты или бора и его соединений.

В настоящее время для контроля содержания .бора широко используются нейтрон- ные анализаторы типа НИБ. Для градуировки и поверки этих приборов существуют Государственные стандартные образцы (ГСО) состава с аттестованной концентрацией бора по содержанию борной кислоты. Данные ГСО представляют собой водные растворы, содержащие борную кислоту и добавку моноэтаноламина, обеспечивающую достаточную растворимость борной кислоты. Борная кислота и моноэтаноламин находятся примерно в эквимоляр- ном соотношении.

Указанные ГСО требуют независимого контроля концентрации борной кислоты как при приготовлении, так и для периодической проверки их стабильности во время эксплуатации. Максимальная погрешность анализа борной кислоты в ГСО задана современными требованиями к нейтронным концентратомерам, согласно которым относительная погрешность прибора не должна быть выше 2,5%. Соответственно, методика для градуировки и поверки должна быть в пять раз точнее, т.е. иметь погрешность 0,4 - 0,5%. Существующие титриметрические методы обеспечивают такую точность, но не в случае определения борной кислоты в присутствии моноэтаноламина.

Известен титриметрический способ определения борной кислоты, основанный на образовании тетрафтороборат-иона, осаждении его и титровании в среде ацетона

сл

с

N

;Ю

сл

о

раствором гидроксида натрия. Способ включает отбор пробы, добавление плавиковой кислоты или ее солей для образования тетрафтороборат-иона, затем осаждение раствором соли диантипирилп- ропил- или диантипирилфенилметана, от- фильтровывание осадка, промывание и растворение в ацетоне. Окончанием анализа служит потенциометрическое или визуальное титрование раствором гидроксида натрия. Способ трудоемкий, длительный, при обработке осадка: фильтровании, промывании и растворении возможны потери анализируемого вещества, в связи с чем точность определения низкая.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ титриметрического определения борной кислоты с потенциометрической индикацией по стеклянному электроду. Способ включает отбор пробы, содержащий борную кислоту, добавление маннита, титрование образовавшейся маннитоборной кислоты титрованным раствором щелочи с потенциометрической индикацией точки эквивалентности. Из данных титрования рассчитывают концентрацию борной кислоты. В присутствии моноэтаноламина в таком титровании скачок потенциала на кривой потенциометрического титрования отсутствует, т.е. нет резкого изменения рН в точке эквивалентности. Определение борной кислоты в смеси с моноэтаноламином таким способом можно проводить, только титруя до определенной, заранее установленной величины рН. Однако погрешность таких определений составляет не менее 15%. Значение рН конечной точки зависит от концентрации борной кислоты и от ее соотношения с моноэтаноламином.

Установить рН в точке эквивалентности возможно только в случае эквимолярных количеств борной кислоты и моноэтаноламина. Если их соотношение не эквимолярное, рН точки эквивалентности является переменной величиной и погрешность резко возрастает. Таким образом, недостатком этого способа определения борной кислоты является низкая точность в присутствии моноэтаноламина.

Целью изобретения является повышение точности анализа борной кислоты в присутствии моноэтаноламина.

Поставленная цель достигается тем, что в способе титриметрического определения борной кислоты путем потенциометрического титрования водного раствора анализируемой пробы, содержащей маннит, перед титрованием в анализируемую пробу

добавляют диметилсульфоксид в объемном соотношении(1:2) - (1:6).

Обнаружено, что при добавлении диме- тилсульфоксида к смеси борной кислоты и

моноэтаноламина, содержащей маннит, резко увеличивается изменение рН в точке эквивалентности на кривой рН-метрическо- го титрования, а соответственно, и скачок потенциала на кривой потенциометрического титрования. Проявление этого свойства в системе борная кислота - моноэтаноламин -маннит-диметилсульфоксид ранее не было известно и не описано в других источниках. Благодаря этому свойству существенно

повышается точность определения. Существует оптимальное соотношение объемов диметилсульфоксида и анализируемой пробы, при котором точность титрования максимальная: к одному объему пробы должно

быть прибавлено от двух до шести объемов диметилсульфоксида.

При выборе оптимальных соотношений объема пробы и объема добавляемого диметилсульфоксида руководствуются величиной скачка потенциала в точке эквивалентности, а также гомогенностью пробы при добавлении диметилсульфоксида. Величина скачка потенциала определяет точность анализа. Большой избыток диметилсульфоксида вызывает образование осадка в пробе. Выбрано объемное соотношение пробы и диметилсульфоксида в интервале (1:2) - (1:6). Достижение поставленной цели именно при указанном

соотношении обосновано и доказано в примерах конкретного выполнения и результаты даны в табл.1.

Способ осуществляют следующим образом.

Отбирают пробу водного раствора, содержащего борную кислоту и моноэтаноламин. При перемешивании добавляют маннит и диметилсульфоксид (далее по тексту ДМСО) в объемном соотношении к пробе (1:2)-(1:6). Титруют потенциометрически водным раствором гидроксида натрия, не содержащим карбонатов. Измерительный электрод - стеклянный, электрод сравнения - хлорсеребряный. Точку эквивалентности

устанавливают по скачку потенциала. Эквивалентную массу титранта определяют из дифференциальной кривой потенциометрического титрования или рассчитывают методом Хаана - Велиера, учитывая величину

скачка потенциала, Концентрацию борной кислоты рассчитывают по формулам

С нз воз

CNaOH 61,83 3NaOH

40,005 а нз воз

О)

где С нз воз концентрация борной кислоты, мас.%;

CNaOH - концентрация гидроксида натрия, мас.%;

61,83 - молярная масса борной кисло- ты;

аыаон - эквивалентная, масса раствора гидроксида натрия, пошедшая на титрование, г;

40,005 - молярная масса гидроксида на- трия, г;

а нз в Оз масса пробы, взятой для анализа, г,

С нз воз

CNaOH 61.83 a NaOH 1000 Р

40,005 а нзвоз 100

где С нз воз концентрация борной кислоты, г/л;

Смаон; амаон; а нз воз : 61,83; 40,005 - то же, что в формуле (1);

р- плотность анализируемого раствора, г/см3.

Время анализа 10-15 мин,

П р и м е р 1. В предварительно взве-; шенный стакан ячейки для титрования отби- рают 20,0000 г водного раствора, содержащего 1-10 г/л борной кислоты в смеси с моноэтаноламином. Массу пробы измеряют на аналитических весах. Стакан ставят на магнитную мешалку. Добавляют 2,5 г маннита, из мерного цилиндра приливают 50 мл ДМСО. Закрывают стакан крышкой с отверстиями, в которые опускают электроды: измерительный - стеклянный, сравнения - хлорсеребряный. Продувают ячейку азотом, не содержащим углекислый газ, в течение 1 мин. Весовую бюретку, продутую азотом, заполняют титрованным раствором гидроксида натрия, не содержащим карбонатов. Концентрация титранта 3 мас.%. Титруют из весовой бюретки, осуществляя индикацию точки эквивалентности поскачку потенциала от добавления 1 капли титранта. Эквивалентную массу титранта

5

1О

15

20

25

зо 35 40 45

рассчитывают методом Хаана - Велиера. Концентрацию борной кислоты рассчитывают по формулам (1),и (2).

Пример 2. В предварительно взвешенный стакан ячейки для титрования отби- рают 10,0000 г водного раствора, содержащего 10-60 г/л борной кислоты в смеси с моноэтаноламином. Массу пробы измеряют на аналитических весах. Стакан ставят на магнитную мешалку. Из мерного цилиндра добавляют 5 - 10 мл свежепрокипяченной дистиллированной воды и далее как в примере 1.

Примерз. В предварительно взвешенный стакан ячейки для титрования отби- рают 5,0000 г водного раствора, содержащего более 60 г/л борной кислоты в смеси с моноэтаноламином. Массу пробы измеряют на аналитических весах. Стакан ставят на магнитную мешалку. Из мерного цилиндра добавляют 10 - 15 мл свежепрокипяченной дистиллированной воды и далее как в примере 1.

Результаты определения в ГСО состава с известным содержанием борной кислоты по предлагаемому способу и известному и статистические характеристики, рассчитанные по ГОСТ,приведены в табл.2.

Предлагаемый способ по сравнению с известным значительно снижает относительную погрешность определения борной кислоты в присутствии моноэтаноламина. В интервале концентраций 1 - 220 г/л борной кислоты относительная погрешность по предлагаемому способу не превышает 0,2 % (по известному 15%).

Формула изобретения Способ определения борной кислоты, включающий введение-маннита и последующее титриметрическое определение с по- тенциометрической индикацией конечной точки титрования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа в присутствии моноэтаноламина, в анализируемый раствор дополнительно вводят ди- метилсульфоксид в объемном соотношении 1:(2 - 6).

Таблица 1

Изобретение относится к способам определения борной кислоты и позволяет повысить точность анализа в присутствии моноэтаноламина. Способ включает введение в анализируемый раствор моннита, ди- метилсульфоксида и титрование раствором гидроксида натрия потенциометрической индикацией конечной точки титрования. Ди- метилсульфоксид вводят при объемном соотношении с пробой (2 - 6):1 соответственно. В интервале концентрации 1 - 220 г/л борной кислоты относительная погрешность по предлагаемому способу не превышает 0,2% (по известному -15%). 2 табл.

,o

0,0

00,0

0,0

1,0650

1,0631

1,0624

1,0666

1,0619

С 1,0638

39,9287

39,8970

40,0098

40,0206

40,0535

С 39,9819

100,1534

100,0070

99,9811

99,9724

100,2298

С 100,0813

219,8110

220,2117

220,0992

219,9001

220,1848

С 220,0413

-3

Si 1,9510 Ј 0,0024 г/л Ј 0,23%

г г.

Si 6,56-10 6 0,0811 г/л Ј 0,20%

Si 0,10724 б 0,1072 г/л Ј 0,13%

Si 0,1658 . Ј 0,2059 г/л fi- 0,09%

3

л

г.

л

л

л

1,1837

1,0925

0,7702

0,8208 1,1255

С 0,9985

45,9866

38,9670

47,2995

34,8345

36,1011

С 40,6377

115,0312

85,8679

112,4545

90,6890

100,1350

Cf 100,8355

185,8799

244,0001

190,9698

230,0110

210,9970

С 212,3715

Si 0,18905 Ј - 0,2347 г/л 5 23,5%

Si 5,7017 7,0785 г/л 54 17,42%

Si 12,8840 Ј 15,9950 г/л Ј 15,86%

Si 24,8658 б 30,8701 г/л 5 14,542