Способ определения молекулярной массы вещества Советский патент 1979 года по МПК G01N25/10 

., ;;;. , i . :, . изобретение относится к области фи зико-химических исследований свойств вешества и может быть использовано для определения молекулярной массы исследуемого ве.шества при лабораторных исслецования:х, для контроля степени.,чисто ты получаемого известного веществав химической Промышленности, прифизикохимических исследованиях свойств раство ров веществ и т, п.,. В современных физико-химических исследованиях свойств вещества для определения молекулярной массы исследуемого вещества, контроля степени чистоты получаемого известного ве.ихаства.в хими ческой промышленности применяются кри скопические, эбуллиоскопические и другие способы определения молекулярной массы вещества 1. Криоскопические способы определения молекулярной массы вещества не позволяют с высокой степенью точности и надежности определить гч юпекулярную массу вещества, поскольку не удается полу- чить резко выраженную температурную границу фазового пер&хода вследствие явления переохлаждения как растворителей, так и растворов; для получения надежных результатовнеобходимо провести большое число опьггоЬ, что не всегда возможно во. времени и высокой стоимости экспериментов. Изменение растворимости веществ при парео.хпажаений, образование твердых растворов вещества с растворителем, ацсорбция вещества на кристаллах растборитеЯя сильно искажают результат. Криоскопические способы требуют . сложной и дорогой холодильной и специальной аппаратуры. Эбуллиоскопические способы и эбуллиоскопы для определения молекулярной массы вещества и другие имеют основной общий недостаток: кипение растворителя и раствора проводят без перегонки в замкнутом сосуде с обратным холодильником, что значительно снижает точность определения молекулярной массы. Для получения надежных;результантов необходимо провести большое число опытов, что не йсегда возможно во времени. Известен эбуллиоскопический способ определёни;я молекулярной массы вещества с noMoJObK) эбуллиоскопа Свентославского, заключающийся в том, что в эбулли скоп вводят растворитель, нагревагрт раст воритель до кипения, образующиеся пары уносят растворитепь в пробирку и трубку, омьгоаЮт термометр Бекмана, определяют гГеМпёратуру кипений растворителя дватри раза, берут среднее значение, после этого эбуллиоскоп освобождают от растворителя, разбирают, сушат. Для определения молекулярной массы растворенного Вещества во собранный чистый и сухой эбуллиоскоп снова вводят отвешен:Ное количество растворителя. Количество ЖИДКОСТИ необходимо брать так, чтобы fона заполняла объем сосуДа выше шейки на 1 см. Для этого стакан с раствори;гел;ем взвешивают. Из стакана в эбуллиоскоп выливают некоторое количество растворителя. Взвешивают количество иссл:едуёмого вещества и вводят в эбуллиоскоп. Затемиз стакана добавляют нужное количество растворителя, которым с;мь1вают со стенок Исследуемое вещество ВзвёЕийв;ак т стакан с о ст1авшимсй раство рйтёлеМ, по разнЬстй получают количестВОйведенного растворителя. Нагревают jDacTBop до кипения. Темпера:туру кипения раствора опредёлякп- два-три раза, берут среднее значение. Молекулярную массу, рассчитывают по нзвестньп формулам 2 Одйако суйтотвуШхиЙ способ, не позволяет определить молекулярную ъл&ссу с ошибкой менее 30-40%, что Делает спо Ьоб практически непригодным. Такую же ошибку дают и многие другие эбуллиоскопические и эбулЛирметрические способы. Это обусловлено тем, что при кипении как растворителя, так ираствора имеют место брльши.ё колебанИя температуры и давления насыщенного пара растворителя, термодинамическое равновесие эбуллио скоп-внешняя среда, жидкий растворительпар во время опьггов не достигается изза резкого отел аждающегб влияния окружающей среды и отсутствия приемов по борьбе с перегревом жидкости. В результате не достигается резко выраженной температурной границы фазового перехода при постоянном Давлении и постоянной температуре. Определение молекулярной массы состоит, по существу, иэдву. разных опытов, проводящихся в разных условиях с перерьюом на подготовку и сушку эбуллиоскопа с разными пробами растворителя J опыт 1 - определение температуры кипения растворителя перерывподготовка к второму опыту, выливание растворителя, сушка эбуллиоскопа, взятие другой пробы растворителя и т. п,; опыт 2 - определение температуры кипения раствора, приготовленного из другой пробы растворителя, при других термодинамических условиях. -. . Целью изобретения является повыше- кие .точности определения молекулярной массы исследуемого вещества. Поставленная цель достигается тем, что после измерения темйературы раствора в стаяионарном режиме производят отгонку в градуированный приемник порции растворителя ,из раствора, затем из- меряют массу порции его, а мблекуляр-, ную Массу ве.щества определяют по формуле . ) где М - молекулярная масса ве.щест- .; В8 . Ci - промежуточная концентрация ;раствора в стационарном ре -iжимэ} &TI - промежуточное значение изменения температуры в точке кипён,ия; Е - постоянная . В известном способе определения молекулярной массы с помощью эбуллиоскопа, включающем операции заполнения прибора растворит элем, нагревания растворителя до кипения, кипения постоянного количества растворителя в замкнутом сосуДе трехкратного определения темпера-., туры,кипения постоянного количества растворителя, выливания отработанного растворителя из прибора, подготовки прибора к определению температуры кипения раствора, приготовления раствора в другой пробе раствйритепя, заполнения, прибо ра пов.торно растворителем, введения навески исследуемого вещества в виде твердой кристаллической фазы, нагревания полученного раствора в эбуллиоскопе до киПения, кипения постоянного количества раствора в замкнутом сосуде, трехкратного определения температуры кипения постоянного количества раствора, фазовый переход растворителя в точке кипения р астЙоритеЛяпроводят с перегонкой определенного количествапробы растворител я, многократную регистрацию температуры фазового перахода в точке кипения растворителя производят для каждоготекущего количества растворителя в эбуллиоскопа во время установления термодийамического равновесия эбуллиоскоп-внешняя среда, жидкий растворитель-пар, при фиксированном постоянном давлении и равномерной перегонке растворителя из эбуллиоскопа в мерйый градуированный приемник. Другое отличие состоит в том, 4to раствор готовят в отогнанном коли- честве той же пробы растворителя и возв ращают полученный раствор в эбуллиоскоп, так что опыт проводят с одной и той же пробой растворителя, с одним и тем же количеством растворителя. Опера ция подготовки прибора к определению температуры кипения раствора (разборка прибора, выливанце растворителя, сушка прибора, повторная сборка и т. п.) отсутствует, опыт продолжается непрёрью1а в одних и тех же условиях. КроМе того, фазовый переход растворителя в точке кипения раствора проводят с перегонкой определенного количества пробы раствори теля в градуированный мерный приемник. Многократную регистрацию температуры .фазового перехода в точке кипения раствора производят во время установления термодинамического равновесия для ка кдого текущего количества раствора в эбуллирско1пе при фиксированном OOCTOSIHном давление и равномерной непрерывной перегонке растворителя из эбуллиоскопа мерный градуированный приемник. Перегонка определенного количества пробы растворителя, во время которой устанавливается термодинамическое равн зесие эбуллиоскоп-внешняя среда, жид- кий растворитель-пар и производится многократная регистрация температуры фазового перехода в точке кийеиия растеЬрителя, позволяет уменьшить кол ебаниятемпературыфазового перехода в точке кипения растворителя около истинной температуры фазового переход а в точке кипения растворителя, достичь резко, выраженной темпера турной границы фазового перехода при постоянной температуре и постоянном фиксированном давлении и с повышенной точностью определить температуру фазового перехода в точке кипения раство рителя при одних и тех же условиях всего опыта. Приготовление раствора в перегнаннЬм количестве той же пробы растворителя и возвращение его в эбуллиоскоп исключает загрязнение раствора посторонними примесями, устанавливает соответствие повышения температуры фазового перехода в точке кипения раствораисследуемой навеске вещества, исключает перерыв в опыте - операции подгогтовки эбуллиоскопа к .ЬпрёДелёййкгтёмпературы кипения раствора (разборку прибора, выливание растворителя, сушку, повторную сборку), нарушающих одинаковость термодинамических условий, позволяет проводить Ъпьп- нё11 рёрьган1ГЪ Ьднй.х и тех же начальных условиях и усхановив1легося термодинамического ра)вновесия. Приме р. На лабораторной установке определялась молекулярная масса .химически чистой тиомочевины. В эбуллиоскоп, состоящий из перегонкой колбы, прямого и обратного холодильников, градуированного мерного приемника, вводили 1800 мл дистиллированной воды, вставл$ти термометр Бекмана. Для равномерного кипения в перегонную колбу эбуллиоскопа насыпали 100-150 кусочков битого неглазурованного фарфора. Растворитель нагревали до кипения. В ;Процессе фазового перахода в точке ки- пения растворителя перегоняли определенное количество пробы растворителя в градуированный мерный приемник, во время перегонки растворителя определяли по термометру Бекмана температуру фрзового перехода в точке кипениярастворителя для каЯшого его текущего количества в эбуллиоскопе (300-400 значений). Определяли среднюю температуру фазового перехода в точке кипения растворителя., В перегнанном количестве пробы растворителя растворял навеску вещества, не прерывая перегонки. Полученный раствор при температуре, близкой к температуре jtHrieHHH, в6эвра.щалй в эбуллиоскоп, В процессе фазового перехода растворителя в точке кипения раствора перегоняли определенное количество пробы растворителя из раствора, в градуированный мерный , при равномерной непрерьтной перегонке и фиксированном атмосферном давлении многократно регистрировали для каждого текугцего количества раствора в эбуллиоскопе температуру фа.зовох о перехода растворителяв точке кипения раствора (30-40 значений для каждого текущего количества раствора). Для каждого текущего количества раствора определяли средйюю Температуру фазового перехода растворителя в точке кипения раствора. Для каждой текущей концентрации определяли тскушее значйние молекулярной массы по формуле молекулярная Maccaj Е - эбуллиоскопическая постоянная (константа); а - навеска исследуемого вещества AT - текущее изменение температуры фазового перехода растворителя Из раствора по сравнению с тем пературой фазового перехода чистого растворителя е точке кипения} . § - tekyiuee количество растворител в перегонной колбе, : Затем рассчитьдаали среднее значение молекулярной массы. Среднее значение температуры фазового чистого ра ::творителя в точке кипения по шкале термометра Бекмана 1,656 Таким образом,; среднее значение молекулярной массы по результатам теку.щйх определений равно 76,55. Ошибка определения по среднему значению 0,56%, что вполне согласуется с химической чистотой;взятой для исследования тйомочевины. . Использование способа определения молекулярной массы вещества обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повы шенйук) тЬчность определения молекулярной масСы| быстроту определения, так как один Опыт по данному способу эквнвалентен десяткагл опытой по известным способам;, нацежнбсть результатов благодаря достаточной воспроизводимости текущих (промежуточных) значений молекулярной массы} простоту и доступность способа для любой лаборатории; меньшую стоимость определений, так как нет надoбнpqти в дорогостоящей холодильной И другой специальной аппаратуре) возможность применения ЭВМ для perfcipaции температуры, текущего количества растворителя и расчетов молекулярной массы. Формула изобретения Способ определения молекулярной массы вещества, включающий измерение температуры кипения чистого растворителя,; количества, вещества и количества растворителя, приготовление раствора и измёрение его температуры кипения, отличающийся тем, что, с целью повышений точности, после измерения температуры раствора в стационарном ре- . жиме производят отгонку в градуированньй приемник порции растворителя из раствора, затем измеряют массу порции его, а молекулярную массу вехцества определяют по формуле ;.. (), oTi гдеМ - молекул:ярнай масса вещества; Ci - промежуточная концентрация .раствора в стационарном режиме UTj - промежуточное значение изменения температуры в точке кипения: . Е - постоянная прибора. Источники информации, . принятые во внимэчие при экспертизе 1.Рыбак Б. Н. Анализ нефти и неф1елродуктов М.| ГНТИ нефтяной и горно- .. топливной литературы 1962, с. 69-71. 2.Методы исспэцованйя полимеров Под ред. Р. В. Аллема. М., Иностранная литература, с„ 162-168 (прототип.