Способ определения содержания клейких веществ в хлопковом волокне Советский патент 1992 года по МПК G01N33/36 G01N21/00 

мые реагенты - раствор фенола и серной кислота чувствительны к этому классу соединений и не реагируют с другими представителями классов органических соединений (белки, амины, кислоты, моноспирты, жировоска и т.п.), а также с искусственными загрязнителями: пылью, минеральными удобрениями, пестицидами, дефолиантами, которые присутствовать в массе хлоп- коЬогр волдкн а. °Ы |

В сильнокислой феде сначала происходи гидролиз олиго- и полисахаридов до мо- носахаридов, далее происходит дегидратация Сахаров, которые реагируют с фенолом, образуя окрашенные соединения:

кони H,SOA

(WAV 1°п ft«H«o,)

flO/ltfA/epJUOHOCQXapw

нона KjSvj

W WH-

ареноя

(C(H9OsCtHsO) окрашенный комплекс

В данную реакцию вступают не только гексозы, но и пентозы, обычно присутствующие в природных материалах. Процесс протекает быстро в одном растворе без промежуточных обработок. Концентрация полученного окрашенного комплекса линейно зависит от оптической плотности раствора и подчиняется закону Ламберта-Бугера-Бе- ра в пределах от 0,2 до 1,0 мг/л клейких веществ в экстракте. Максимум поглощения комплекса находится при 430-490 им. Это позволяет использовать метод спектрофо- тометрии (фотоэлектроколориметрии) в видимой части спектра. Способ чувствителен к концентрации 0,1 мг/мл Сахаров и имеет высокую воспроизводимость: ±0,02%.

Как видно из схемы реакции, серная кислота должна быть высокой концентрации, достаточной для процесса гидролиза и дегидратации, а также конденсации фенола с продуктами дегидратации моносахаров. В то же время количество фенола следует использовать так, чтобы он полностью проре- агировал со всеми имеющимися моносахарами, и сохранялась устойчивость окрашенного комплекса (как известно, большое разбавление реагентов вызывает снижение прочности комплекса и ведет к его разложению). В то же время переизбыток серной кислоты способен разлагать органические вещества, разрушать и сам комплекс. Как видно из таблицы 1, разбавление среды экстрактом, избыток серной кислоты или недостаток фенола (п.п. 1-6) не способствуют интенсивному развитию окраски. Недостаток серной кислоты, менее 3,68 г/мл экстракта, также отрицательно влияет из-за неполноты химического превращения (п.п. 1-4,8). Избыток раствора фенола из-за разбавления также способен снижать оптическую плотность (п. 9).

Влияние соотношения компонентов реакции на оптическую плотность раствора.

5 Условия исследования: фотоэлектроколори- метр марки КФО, длина волны - 490 нм, толщина кюветы - 0,5 см, раствор сравнения - холостой опыт (табл. 1).

Для анализа были выбраны оптималь0 ные соотношения реагентов на 1 мл водного экстракта, когда получается максимальная оптическая плотность (п. 10). Следует отметить, что ни серная кислота, ни фенол, ни их смеси не. поглощают при заданной длине

5 волны и потому не влияют на величину оптической плотности исследуемого раствора. Для нахождения концентрации клейких веществ в экстракте хлопкового волокна было подобрано вещество-стандарт. Прове0 денные исследования качественного состава растворенных веществ методом инфракрасной спектроскопии, тонкослойной хроматографии показали, что кроме жиро- восков, присущих природному хлопковому

5 волокну, присутствуют в значительном количестве углеводы. Основной компонент - глюкоза и ее олигомеры, по природе близкие к декстранам, есть ди- и трисахариды, содержащие фруктозу, ксилозу, т.е. пенто0 зы. Это находится в соответствии с данными для клейких сортов хлопкового волокна за рубежом. Поэтому использование крахма- ла-декстрана для приготовления контрольных растворов основано на следующих

35 признаках, одинаковых с признаками клейких веществ:

растворимость в воде;

глюкозный состав полимерной цепи;

устойчивость полученного окрашенного

40 комплекса с фенолом в сернокислой среде; максимум поглощения комплекса также приходится на 430-460 нм;

растворы комплекса подчиняются закону Ламберта-Бугера-Бера в необходимом

45 интервале концентраций. Если учесть, что продукты конденсации фенола с пентозами и гексозами дают одинаковую хромофорную группу, т.е. поглощают в одной области спектра, то универсальность такого подхода

50 становится очевидной.

Для количественного анализа можно использовать либо калибровочную кривую, либо метод стандартов. Калибровочную кривую строили на основании оптической

55 плотности растворов крахмала в интервале концентраций 0,2-1,0 мг/мл, обработанных в условиях, аналогичных для исследования хлопкового волокна.

Данные для построения калибровочно- гр графика по водорастворимому крахмалудекстрану. Прибор - КФО, длина волны - 430 нм, кювета - 0,5 см, раствор сравнения - холостой опыт (табл. 2).

В случае, если концентрация клейких веществ в волокне превышает указанные концентрации, то возможно перейти на кюветы с более тонким слоем раствора. Кроме указанного способа успешно может применяться метод стандартных растворов для нахождения концентрации клейких веществ. Этот метод имеет ряд преимуществ перед методом калибровочной кривой, т.к. учитывает побочные эффекты: погрешности в измерении концентраций, количеств веществ, исходную окрашенность волокна неклейкими веществами. По этому способу в одной серии обследуемого волокна одновременно обрабатывается стандартный раствор крахмала с концентрацией 0,5 мг /мл раствора. Учитывая линейность зависимости оптической плотности от концентрации раствора, сравнивают оптические плотности экстрактов с хлопкового волокна со стандартным раствором. Метод стандартов особенно пригоден, если идет партия с различным содержанием клейких ве- ществ(пестрые образцы) в хлопковом волокне.

Расчет ведут по формулам:

1)для калибровочного графика ,

где %КВ - процентное содержание клейких веществ в волокне;

С - количество клейких веществ, мг/мл, определенных по калибровочной кривой. Режим обработки волокна: 1,000 г волокна экстрагируют горячей водой М 1:20, затем для анализа отбирают 1 мл экстракта.

2)по методу стандартов ./DCT.,

где %КВ - процентное содержание клейких веществ в волокне;

DCp. - оптическая плотность, средняя для двух параллельных проб;

Ост. - оптическая плотность стандартного раствора крахмала, содержащего 0,5 мг/мл вещества.

Использование предлагаемого способа на производстве позволяет контролировать хлопковое волокно на поражение клейкими веществами на различных стадиях: хлопок- сырец, волокно после очистки на хлопкоочи- стительных заводах, сырье для хлопкопрядильных, хлопкоткацких производств. Благодаря высокой производительности (12 образцов в час), этот метод может применяться при большом потоке хлопка в производстве.

П р и м е р 1. Для анализа готовят среднюю пробу хлопкового волокна обычным

способом. В аналитические стаканы емкостью 50-100 мл на аналитических весах с точностью до 0,0001 г берут навеску волокна массой 1 г (волокно может быть как воздуш5 но-сухое, так и кондиционированное до 7% влажности).

Реактивы: дистиллированная вода, фенол кристаллический, ч.д.а., серная кислота, концентрированная, плотностью 1,84 г/мл,

0 квалификации ч.д.а. или хч., крахмал водорастворимый (декстран).

Готовят 10%-ный раствор фенола ч воде, дают отстояться в течение суток и используют прозрачную, бесцветную часть

5 раствора. Крахмал просушивают в течение 4-х часов при 80°С в сушильном шкафу.

Приготовление раствора крахмала для калибровочной кривой. На аналитических весах в бкжсе берут 0.1000 г крахмала и

0 количественно переносят в мерную колбу на 100 мл. Добавляют примерно половинное количество воды и ставят колбу на кипящую водяную баню, где выдерживают до получения полностью прозрачного раствора. За5 тем колбу охлаждают под струей воды и доводят дистиллированной водой до метки, В этом растворе на 1 мл приходится 1,0 мг крахмала (стандарт Мг 1). Пипеткой отбирают 10, 20, 30 ... 90 мл раствора стандарта №

0 1 в мерные колбы на 100 мл и доводят дистиллированной водой до метки. Получают серию растворов для калибровочной кривой, которые содержат 0,1; 0,2; 0,3...1,0 мг/мл крахмала. Растворы крахмала хранят

5 не более одних суток в холодильнике.

Построение калибровочной кривой. Из каждой колбы отбирают по 1 мл раствора крахмала с возрастающей концентрацией и переносят в пробирку. В каждую пробирку

0 последовательно добавляют по 0,5 мл 10%- ного раствора фенола, перемешивают стек- лянной палочкой, а затем из бюретки осторожно по стенке приливают по 2,0 мл концентрированной серной кислоты. Снова

5 хорошо перемешивают и ставят все пробирки одновременно на кипящую водяную баню на 5 минут для развития окраски. По истечении времени (работать по секундомеру) пробирки охлаждают под током воды,

0 перемешивают содержимое и измеряют оптическую плотность на приборе фотоэлект- роколориметре при длине волны 430-490 нм. Данные заносят в таблицу, и по ним строят калибровочную кривую (прямую).

5 Данные для построения калибровочной кривой по водорастворимому крахмалу. (Получены на приборе КФО с кюветой 0,5 см), табл. 3.

Для снижения вероятности различных ошибок измерения, построение кривой повторяюттри раза. Расхождения в значениях оптических плотностей не должно превышать 0,02.

Обработка хлопкового волокна для анализа. В стаканчик с навеской хлопкового волокна добавляют 20,0 мл дистиллированной воды (М 1:20), ставят на кипящую баню и при перемешивании стеклянной палочкой (волокно должно быть все смоченным водой) выдерживают в течение 15 минут, чтобы вещества успели хорошо прозкстрагироваться. Если тепловую обработку вести более 30 минут, то происходит частичное разложение клейких веществ и результаты получатся заниженными. Затем стаканчик снимают с водяной бани, охлаждают и отжимают волокно через стеклянную воронку от экстракта. В пробирку отбирают пипеткой 1,0 мл полученного экстракта, добавляют 0,5 мл 10%-ного раствора фенола и 2,0 мл концентрированной серной кислоты. Таким же образом обрабатывают параллельную пробу экстракта. Если анализируется несколько партий волокна, то от каждой партии берут по две параллельной пробе. Пробирки ставят на кипящую водяную баню (содержимое должно быть перемешано стеклянной палочкой) на 5 минут для развития окраски. Затем снимают, охлаждают водой и измеряют оптическую плотность аналогично для растворов крахмала. Данные наносят в таблицу, находят значения средних оптических плотностей в параллельных пробах, с их помощью на калибровочной кривой определяют количество клейких веществ в растворе. Процентное содержание вычисляют по формуле

%КВ-

m

100,

где %КВ - процентное содержание клейких веществ в волокне;

С - содержание клейких веществ по калибровочной кривой, мг/мл;

V - объем воды, добавленной к навеске волокна, мл;

m - масса волокна, взятая для анализа.

Если берут 20 мл воды (М 1:20) на 1,0 г волокна, то указанная формула примет вид .

Определение содержания клейких веществ в хлопковом волокне с помощью калибровочной кривой дано в табл. 4.

(Измереьия производили для хлопкового волокна Бухарского, Чарджоусского, Кэ- ра-суйского хлопкоочистительных заводов).

В случае, если волокно содержит клейких веществ выше 2,0% по массе, то переходят на кюветы с более тонким слоем.

Раствором сравнения во всех случаях служит холостой опыт.

Пример 2. Полученные данные обрабатываются по методу стандартов, т.е. сравнения и расчет ведут по оптической плотности стандартного раствора крахмала. Приготовление стандартного раствора крахмала. На аналитических весах с точностью до 0,0001 г берут навеску 0,05 г водо0 растворимого крахмала - декстрана. Количественно переносят в мерную колбу объемом на 100 мл, добавляют половинное количество дистиллированной воды и ставят на водяную баню при кипении воды до

5 получения полностью прозрачного раствора. Затем колбу снимают, охлаждают и доводят дистиллированной водой до метки. В полученном растворе концентрация составляет 0,5 мг/мл. Данный раствор пригоден к

0 употреблению в течение 1 суток,

Выполнение анализа. В стаканчики емкостью 100-150 мл вносятся навески хлопкового волокна массой 1,000 г, по две параллельных пробы от каждой партии (ис5 пользуют средние пробы волокна). В каждый стаканчик отмеряют 20,0 мл дистиллированной воды (М 1:20) и ставят на кипящую водяную баню. В течение 15 мин экстрагируют при активном перемешива0 нии стеклянной палочкой. Важно, чтобы волокно все время находилось под водой и хорошо смачивалось. Затем стаканчики снимают с водяной бани, охлаждают и отжимают волокно через стеклянную воронку. Из

5 каждого стаканчика пипеткой отбирают по 1,0 мл экстракта, который переносят в пробирку. Готовят по две параллельных пробы. Одновременно берут две параллельных пробы по 1,0 мл раствора крахмала-стан0 дарта, приготовленного предварительно. В каждую пробирку вносят по 0,5 мл 10%-ного раствора фенола, перемешивают, затем добавляют по 2,0 мл концентрированной кислоты, тоже перемешивают и все пробирки

5 одновременно ставят на кипящую водяную баню. Выдерживают в течение 5 минут для развития окраски. Затем растворы снимают, охлаждают током воды и измеряют оптическуюплотностьна

0 фотоэлектроколориметре относительно холостого опыта. Расчет производят по формуле

«KR С -Pep

%кв6

где %КВ - процентное содержание клейких веществ в волокне;

С - концентрация крахмала в стандартном растворе, мг/мл;

DCp - средняя оптическая плотность для двух параллельных проб;

DCT - оптическая плотность стандартного раствора крахмала;

V - объем воды, мл, взятый для экстра- кции, модуль ванны;

m - навеска волокна, используемая для анализа, г.

Если ,50 мг/мл, а объем воды для экстракции - 20 мл, масса навески волокна рав- на 1,000 г, то формула примет вид

%квтЬ

Производительность данного метода составляет 12 проб в час. В случае, если посту- пает серия с высоким содержанием клейких веществ, более 2,0% по массе, то для получения более стабильных результатов следует перейти на кювету с тонким слоем.

Определение содержания клейких ве- ществ в хлопковом волокне методом стандарта (Прибор - КФО, кювета - 0,5 см, раствор сравнения - холостой опыт). Длина волны - 430 нм (табл.5).

Сущность заявленного технического ре- шения может быть охарактеризована следующей совокупностью признаков.

Способ определения клейких веществ в хлопковом волокне, заключающийся в том, что навеску хлопкового волокна обрабаты- вают водой и экстрагируют из него клейкие вещества, после чего обрабатывают полученный раствор экстракта реактивами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результатов определения и их до- стоверности, дополнительно готовят контрольные растворы водорастворимого крахмала с концентрацией от 0,2 до 1,0 мг/мл и обрабатывают их теми же реактивами, после чего измеряют оптическую плот-

ность этих растворов и раствора экстракта клейких веществ, обработанного реактивами, при этом в качестве реактивов используют серную кислоту и фенол в следующем соотношении в расчете на 1 г/мл раствора: Серная кислота3,68-9,20

Фенол0,05-0,10,

а количество клейких веществ в хлопковом волокне определяют по калибровочному графику зависимости оптической плотности растворов водорастворимого крахмала от их концентрации или по оптической плотности стандартного раствора крахмала. Формула изобретения Способ определения содержания клейких веществ в хлопковом волокне, заключающийся в том, что навеску хлопкового волокна обрабатывают водой и экстрагируют из него клейкие вещества, после чего обрабатывают полученный раствор экстракта реактивами, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности результатов определения и их достоверности, допол- нительно готовят контрольные растворы водорастворимого крахмала с концентрацией от 0,2 до 1,0 мг/мл и обрабатывают их теми же реактивами, после чего измеряют оптическую плотность этих растворов и раствора экстракта клейких веществ, обрабо-. тайного реактивами, при этом в качестве реактивов используют серную кислоту и фенол в следующем соотношении в расчете на 1 мл раствора, г:

Серная кислота3,68-9,20;

Фенол0,05-0,10,

а количество клейких веществ в хлопковом волокне определяют по калибровочному графику зависимости оптической плотности растворов водорастворимого крахмала от их концентрации.

Т а б л и ц а 1

Та б л и ца 2

ТаблицаЗ

Таблцца4

Таблицаб