Способ количественного определения фосфатов, карбонатов и гидроксида натрия Советский патент 1993 года по МПК G01N31/16 

у

Ё

ской ПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕ- ЕНИЯ ФОСФАТОВ, КАРБОНАТОВ И ОКСИДА НАТРИЯ Использование: в области аналитичехимии, для кислотно-основного раздельного количественного определения смеси фосфатов, карбонатов и гидроксида натрия в электролитах ванн химического или электрохимического обезжиривания перед гальваническими покрытиями. Сущность способа заключается в том, что кислотно-основное титрование проводят с потенциометрической индикацией конечных точек путем титрования пикриновой кислотой до первых двух скачков в ацетон- водной среде, а для получения третьего скачка в раствор вводят диметилформамид в количестве, обеспечивающем соотношение ацетона, воды и диметилформамида 1:(1-1.5):(4-5) по объему. 1 табл.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу кислотно-основного раздельного количест- вентго определения компонентов смеси фосфатов, карбонатов и гидроксида натрия или f уры в электролитах ванн химического обезжиривания перед гальваническими покрыт

лями, предназначенному для контроля

производства и позволяющему повысить правильность и воспроизводимость результатов анализа.

Е качестве прототипа выбран способ определения гидроксида, фосфата и карбо- натрия методом кислотно-основного льного индикаторного титрования. Он

ната визу;

заключается в последовательном титровании соляной кислотой с индикатором фенол- фтал хлор карбонат до гидрокарбоната) и метиловым

ином (титруется гидроксид натрия до |да натрия, фосфат до гидрофосфата и

оранжевым (гидрофосфат до дигидрофос- фата и гидрокарбонат до угольной кислоты). Далее раствор кипятят до удаления СОг и титруют раствором гидроксида натрия до изменения окраски раствора за C46t фенол- фталеина.

Главным недостатком известного способа является то, что скачки на кривых титрования недостаточны для надежного подбора индикаторов, так как при незначительной крутизне кривой титрования вблизи точек эквивалентности при использовании индикаторов возникают значительные систематические (химические) и случайные погрешности, поэтому известный способ отличается недостаточной правильностью и плохой воспроизводимостью, К его недостаткам относится невозможность определения фосфата и карбоната натрия в присутствии буры, что

4 О CJ О) О Ю

исключает применение этого способа для контроля электролитов ванн подготовки алюминия и его сплавов перед гальваническими покрытиями.

Цель изобретения - повышение правильности и воспроизводимости определения фосфата, карбоната и гидроксида натрия или буры при совместном присутствии в электролитах ванн химического обезжиривания. Цель достигается тем, что в способе количественного определения фосфатов, карбонатов и гидроксида натрия кислотно-основное титрование проводят с потенциометрической индикацией конечных точек, причем в качестве титранта используют ацетон-водный раствор пикриновой кислоты. Титрование до первых двух скачков осуществляют в ацетон-водной среде, а для получения третьего скачка в раствор вводят диметилформамид до соотношения ацетона, воды и димётилформами- да, равного 1:(1-1,5):(4-5) по объему.

При титровании в ацетон-водной среде на кривой имеются два скачка. Первый отвечает окончанию взаимодействия с пикриновой кислотой фосфата до гидрофосфата, карбоната до гидрокарбоната, гидроксида натрия до хлорида или буры до борной кислоты. Второй - переходу гидрофосфата до дигидрофосфата, а гидрокарбоната до угольной кислоты. Ацетон вводят для создания лучших условий для раздельного титрования компонентов (более резко выражен первый скачок, что способствует повышению правильности и воспроизводимости ре- зультатов), так как возрастает протяженность шкалы кислотности растворителя и компоненты дифференцируются по ступеням диссоциации. Эффект возрастания первого скачка наблюдается при соотношении воды и ацетона меньше 1,5:1 по объему. При соотношении меньше 1:1 растворимость фосфатов, карбонатов и буры понижается и образуются осадки, что приводит к невозможности проведения титрования, Появление третьего .скачка возможно, если фосфорная кислота по первой ступени диссоциации и кислота-титрзнт имеют разницу в константах диссоциации не меньше чем на три-четыре порядка, Это условие реализуется, если в качестве титранта используется пикриновая кислота, а в раствор добавляется диметилформамид. Соотношение растворителей после добавления диметилформамида должно составлять: ацетон: вода: диметилформамид 1:(1-1,5}:(4- 5). При меньшем относительном содержании диметилформамида не наблюдается достаточной рёз йиц ы в константах диссоциации пикриновой кислоты и фосфорной кислоты по первой ступени и третий скачок на кривой титрования выражен нечетко. Большее содержание диметилформамида приводит к его необоснованному расходу и к

экспериментальным трудностям, связанным со слишком большим объемом раствора в электролитической ячейке для титрования.

Способ осуществляют следующим образом, В ячейку для потенциометрического титрования с помощью пипетки отбирают 5 см испытуемого раствора и добавляют последовательно с помощью мерного цилиндра 10-20 см3 дистиллированной воды и 15

см3 ацетона. Ячейку помещают на магнитную мешалку и погружают в. раствор стеклянный и хлоридсеребряный насыщенный непроточный электроды. Титрование осуществляют, прибавляя 0,15 моль/дм3 раствора пикриновой кислоты в ацетон-водном растворителе (1,5-2):1 по объему. рН раствора измеряют с помощью универсального иономера ЭВ-74 или аналогичного рН-мет- ра. Титрование осуществляют до получения

двух скачков на кривой титрования, затем добавляют в ячейку 60-75 см3 диметилформамида и продолжают титрование до получения третьего скачка. При этом соблюдается соотношение сорастворителей: ацетон : вода : диметилформамид, равное 1:(1-1,5):(4-5).

Количественное содержание компонентов в испытуемом растворе (X, г/дм3) рассчитывают по формулам:

XN33P04 0/3 - V2). С MrNa3P04/V I Х№2С03 (2V2 - V1 - V3) С MrNa2C03/V I

XXNaOH 2(V2 - Vl) С MrNaOH/V,1 X№2B407XX (2V2 - Vl) С Mr№2B407/V .

x - при титровании смеси фосфата, карбоната и гидроксида натрия;

уу

- при титровании смеси фосфата, карбоната натрия и буры;

Vi,V2, Vs- объемы раствора пикриновой кислоты, соответствующие первому, второму и третьему скачкам на кривой титрования, см ,

С - концентрация титранта - пикрино- вой кислоты, моль/дм ;

V - объем испытуемого раствора, взятый для анализа (5 см..

Изобретение иллюстрируется следую- щими примерами определения компонентов электролитов ванн химического обезжиривания перед гальваническими по- ; кры тиями по предлагаемому способу и по известному способу. Содержание компонентов в растворе отвечало ГОСТ 9.305-84

Покрытия металлические и неметаллический органические.

Пример 1. Титрование смеси гидро- ксида натрия, карбоната натрия и тринатрийфосфата известного состава.

В стакан вместимостью 150см отбирают 5 см3 испытуемого раствора известного состава, добавляют 15 см3 дистиллированной воды и 15 см3 ацетона. Стакан помещают на магнитную мешалку, погружают в раствор стеклянный и хлоридсеребряный электроды, подсоединенные к универсальному иономеру ЭВ-74. Титрование осущест- вля ют0,15 моль/дм3 раствором пикриновой кислоты в водно-ацетоновом растворителе

отношением воды и ацетона 1:2 по объ. Титрант добавляют из бюретки порцис с ем

ям

по 0,5 см

Эзв

области скачков nof циями по 0,2 см (для более точного ус- тан овления конечных точек титрования).

По

по

ле получения второго скачка, когда рН

раствора достигает 3,5, в стакан добавляют 70 ( м3диметилформамида(рН раствора при этой возрастает до 5,7) и продолжают титрование пикриновой кислотой до заверше- ни третьего скачка на кривой титрования. Кон ечные точки на кривой титрования определяют графическим методом, проводя ка- сатзльные к трем участкам: до скачка, в пределах скачка и после скачка. Середины средних участков определяют конечные точки титрования. Соотношение ацетона, воды и диметилформамида составляет 1:1,2:4,5

бьему.

Результаты определения компонентов данной смеси по предлагаемому способу и изв гстному способу приведены в таблице. Пример 2. Титрование пробы произ- :твенного электролита ванны хймичеводско

о обезжиривания.

Для исследования отбирают 5 см про- изв эдственного электролита, содержащего гид эоксид натрия, карбонат натрия и три- нат мйфосфат. Титрование осуществляют, как /казано в примере 1. Соотношение ацетон ), воды и диметилформамида то же, что в пэимере 1. Параллельно осуществляют титрование по известному способу.

Результаты определения приведены в таблице.

По данным таблицы видно, что при титровании искусственной смеси по предлагаемому способу найденное содержание компонентов близко к взятому. По известному способу найденное содержание ком- пон ентов отличается от взятого: для

гид{

оксида натрия и тринатрийфосфата завыи, ено, для карбоната натрия - занижено.

При эта

титровании производственной смеси эазница возрастает.

Пример 3. Титрование смеси гидро- ксида натрия, карбоната натрия и тринатрийфосфата при избыточном содержании ацетона.

Для исследования отбирают 5 см3 испытуемого раствора с составом компонентов, как в примере 1. Добавляют 10 см3 воды и приливают с помощью цилиндра ацетон. При добавлении 17 см3 ацетона начинает

0 интенсивно выпадать осадок солей. Соотношение ацетона и воды составляет 1:0,9. Ввиду выпадения осадка титрование неприменимо.

Таким образом, при избыточном содер5 жании ацетона титрование становится невозможным.

Пример 4. Титрование смеси гидро- ксида натрия, карбоната натрия и тринатрийфосфата при недостаточном

0 содержании ацетона и диметилформамида. Для исследования отбирают 5 см3 испытуемого раствора известного состава, добавляют 20 см3 дистиллированной воды и 15 см3 ацетона. Проводят титрование, какука5 зано в примере 1, добавляя после второго скачка 50 см диметилформамида. Растворитель отвечает отношению ацетона, воды и диметилформамида 1:1,7:3.3.

На кривой титрования наблюдается

0 уменьшение первого и особенно третьего скачков. В пределах добавленного титранта ±1 % от точки эквивалентности первый скачок уменьшается от 0,55 до 0,45 ед. рН, а третий - от 0,2 до 0,1 ед. рН. Третья конеч5 ная точка при этом устанавливается ненадежно, что приводит к.значительному ухудшению результатов. Уменьшение третьего скачка связано со снижением относительного содержания диметилформамида

0 по сравнению с водой, что сокращает протяженность шкалы кислотности растворителя и усиливает обратимость реакции взаимодействия пикриновой кислоты с ди- гидрофосфатом натрия. Результаты опреде5 лений приведены в таблице. Так как в примерах 3 и 4 соотношение растворителей не отвечало предложенному способу, сопоставление с результатами известного способа не проводилось.

Пример 5. Титрование смеси карбоната натрия, тринатрийфосфата и буры известного состава.

Для исследования отбирают 5 см3 испы5 туемого раствора, отвечающего электролиту ванн подготовки алюминия и его сплавов под гальванические покрытия, добавляют 20 см3 дистиллированной воды, 15 см3 ацетона и осуществляют титрование, как в примере 1, добавляя после второго скачка 75 см диметилформамида. Соотношение ацетона, воды и диметилформамида составляет 1:1,5:5. Данные, полученные по предлагаемому способу, приведены в таблице. Они соответствуют известному составу. По известному способу определение в присутствии буры невозможно.

Во всех рассмотренных случаях осуществлялось титрование десяти параллельных проб. Доверительный интервал и случайная составляющая погрешности при Р 0,95 установлены в соответствии с ГОСТ 8.207-76.

Из данных таблицы видно, что результаты, полученные по предлагаемому способу, более правильные и отличаются лучшей воспроизводимостью по сравнению с результатами, полученными по известному способу.

Фор м у ла изобретения Способ количественного определения фосфатов, карбонатов и гидроксида натрия путем кислотно-основного титрования, о т- личающийся тем, что, с целью повышения правильности и воспроизводимости результатов, определениях этих компонентов и буры при их совместном присутствии, кислотно-основное титрование проводят с

Результаты определения компонентов ванн обезжиривания, , ,95

Достоинством предложенного способа является то, что индикаторное визуальное титрование заменяется потенциометриче- ским. При титровании многокомпонентной смеси, когда скачки на кривых титрования недостаточно большие, исключаются как систематические (химические), так и случайные погрешности, связанные с применением индикаторов, что приводит к получению более правильных и воспроизводимых результатов. В предложенном способе все характеристики, необходимые для расчета содержания всех компонентов, получают в результате одного титрования. Это сокращает число операций при выполнении анализа.

потенциометрической индикацией конечных точек путем титрования ацетон-водным раствором пикриновой кислоты до первых двух скачков на кривой титрования в ацетон-водной среде, а для получения третьего скачка в раствор вводят диметилформамид в количестве, обеспечивающем объемное соотношение ацетона, воды и диметилформамида 1:1-1,5:4-5.

Продолжение таблицы