Устройство для определения концентрации поверхностно-активных веществ в водных растворах Советский патент 1980 года по МПК G01N13/02 

1

Изобретение относится к области физико-химических методов анализа и может быть использовано в лабораторных и полевьсс условиях для быстрого анализа и контроля содержания повбрхностно-5 активных веществ (ПАВ) в водных источниках окружанвдей среды, в промышленных и бытовых стоках, в частности в процессе их очистки, а также для анализа ПАВ в экстрактах из твердаах материа-. 10 лов.

Известно устройство для определения поверхностного натяпения, состоящее из прямоугольной ванны Ленгмюра, подвижного барьера и пластинки Виль- гельми 1.

Недостатком известного устройства является малый диапазон измеряемых конструкций при использовании его для определения концентрации ПАВ. 20

Наиболее близко к изобретению устройство для определения концентрации ПАВ в водных растворах, состоящее из непрерывной кольцевой ванны Ленгмюра с двумя подвижными барьерами и плас- 25 тинкой Вильгельми 2. Кольцевая форма ванны Леигмюра позволяет уменьшить габариты установки по сравнению с прямоугольной ванной при одной и той же величине отношения начальной ЗО

(5р) и минимальной конической площади ( S поверхности, на которой можно производить измерения поверхностного натяжения.

Однако и в этой установке отношение Bn/Sj не превыыает , что позволяет измерять концентрации растворимых ПАВ меньше 1 мг/л. Кроме того, при сплошной кольцевой фор,1е ванны . возникают затруднения при очистке поверхности от ПАВ, что приводит к . увеличению времени затрачиваемого, например, на раздельное определение ПАВ, образующих растворимые и нерастворимые монослои, когда производят более одного оборота барьера по поверхности исследуемой жидкости, производя последовательное удаление монослоев различной природы. Это приводит также к снижению точности и удобства измерений .

Целью изобретения является увеличение скорости определения и диапазона концентраций ПАВ.

Для этого в ванне выполнены две поперечные перегородки, шлеющие высоту равную высоте кольцевых бортов ванны и образуквдие несообиающиеся рабочий и вспомогательный отсеки, причем одна из поперечных перегородок, начиная от бнутреннего кольцевого борта ванны, ,имеет выпуклый участок, обращенный вьтуклостью к рабочему отсеку. При такой конфигурации упомянутой фигурной перегородки наружный кольцевой борт ванны и примыкающая к нему фщгурная перегородка образуют суженку часть рабочег.о отсека, в которую помещают пластину Вильгельми. В резу(льтате .минимальная площадь, ограндаенная фигурной перегородкой, наруж ньм кольцевым бортом и подвижным барь epjoM, на которой производится измереpi e поверхностного натяжения хсидкости дфтигает в предлагаемом устройстве 1/;100 - 1/200 от начальной площади ра бочего отсека. Соответственно диапазон измеряемых концентраций раствоР1Ф4ЫХ ПАВк возрастает в л 10 раз по сравнению с прототипом . Вспомогательный отсек, образуемЦй двумя поперечными перегородками, служит для сброса в него поверхностной пленки ПАВ при охлаждении барьер ч4рез слухсебный участок рабочего отсека ванны. Тем самым вспомогательны otceK обеспечивает быструю очистку поверхности жидкости в рабочем отсек следовательно наличие его приводит к увеличению скорости измерения ксэнцентрации ПАВ в растворах по срав нёншо с прототипом. Предлагаемое устройство для определения концентрации ПАВ представлен на чертеже, вид сверху. Устройство имеет кольцевую ванну Ленгмюра. разделенную на рабочий 1 и вспомогательный 2 отсеки двумя поперечными перегородками 3 и 4. Перегородка 4 - фигурная, начиная от внутреннего кольцевого борта 5 выполнена выпуклой в сторону рабочего отсека, так что эта перегородка и наружный кольцевой борт 6 ванкы образуют суженную часть рабочего отсека, куда помещается гофрированная пластинка Вильгельми 7. Исходное положение подвижного бар ера 8показано пунктиром. При пересе чении барьером перегородки 4, а имен но той ее части, которая направлена выпуклостью в сторону рабочего отсек уГс5л между ребром фронтальной грани барьера и касательной к выпуклой поверхности фигурной перегородки соста ляет около 60 в точказс их пересечения на всем протязтении выпуклого участка. При меньших угла;: возможен вынос части поверхностных слоев ПАВ из рабочего отсека барьером на перегородку. Указанная величина угла пре дотвращает вынос ПАВ в растворе. Пр нахождении барьера в таком положении Что его фронтальная грань совпашает d линией, показанной штрих-пунктиром площадь участка рабочего отсека Ь.ц/ ограниченного фронтальной гранью ба ера, фигурной перегородкой и наружным кольцевым бортом, составляет /150 общей площади поверхности рабоего отсека 5д. Устройство работает следуижшм обазом. Барьер 8 устанавливают в исходном оложении, а пластину Вильгельми 7 поднятом положении (так, чтобы барьр мог свободно проходить под ней). рабочий отсек заливают дистиллироанную воду так, чтобы ее поверхность касалась нижней грани барьера. Выждав некоторое время (1-2 мин), необходимое ля выхода нерастворимых загрязняющих ПАВ на поверхность воды, совершают барьером полный оборот. При движении барьера по поверхности воды ПАВ сгоняются в суученную часть рабочего отсека ванны и, после прохождения барьером этой части рабочего отсека, выталкиваются через обращенный вогнутостью к рабочему отсеку участок фигурной перегородки из участка наибольшего сужения рабочего отсека во вспомогательный отсек. В результате поверхность воды в рабочем отсеке очищается. Пластинку Вильгельми опускают в воду. Вносят исследуемую пробу водал в дистиллированную воду в рабочем отсеке и измеряют поверхностное натяжение. Затем приводят в движение барьер. По мере движения барьера поверзсностная концентрация исследуеролх ПАВ в суженной части рабочего отсека возрастает и поверхностное натяжение изменяется. По достижении заданного отношения например, равного 150, барьер останавливают и вторично измеряют поверхностное натяжение. По разности значений поверхностного натяжения определяют искомую концентрацию ПАВ. Использование ванны Ленгмюра с суженной частью в месте нахог-одения пластинки Вильгельми позволяет более чем в 10 раз расширить диапазон измеряемых концентраций ПАВ в растворах по сравнению с диапазоном, возможньп для обычных приборов Ленгмюра. Применение гофрированной пластинки Вильгельми позволяет при этом сохранить чувствительность прибора на- прежнем уровне . Наличие вспомогательного отсека, кроме очистки, позволит проводить раздельное определение ПАВ, образующих растворимые и нерастворимые мономолекулярные пленки, а также сокращать время на анализ за счет ускорения очистки в контрольных определениях. Испытания устройства показали, что в диапазоне концентраций ПАВ от 0,2 до 8 мг/л результаты определения концентрации растворимых ПАВ с помощью предлагаемого устройства и по стандартной химической методике совпадают в пределазс ошибки измерений, причем величины средней ошибки в химическом способе -оказались выше, чем в предлагаемом. Время, затрачиваемое непосредственно на измерения в предлагаемом устройстве, в 3 - 5 раз меньше, чем

в стандартном химическом методе, а с учетом требуемых подготовительнБК операций предлагаемое устройство позволяет сократить время на анализ ПАВ более чем в 10 раз.

Предлагаемое устройство позволяет осуществлять быстрый контроль загрязнений ПАВ в окружающей среде в полевых условиях.

Формула изобретения

Устройство для определения концентрации поверхностно-активных веществ в . водных растворах, содержащее кольцевую ванну Ленгмюра с подвижным барьером и пластинкой Вильгельми, отличающееся тем, что, с целью увеличения скорости определения и диапа она концентраций поверхностноактивных веществ, вванне, выполнены две поперечные перегородки, имеющие высоту равную высоте кольцевых бортов ванны и образующие несообщающиеся рабочий и вспомогательный, отсеки, причем одна из поперечных перегородок, 1ачиная от внутреннего кольцевого борта ванны, имеет выпуклый участок, обращенный выпуклосдаью к рабочему отсевку.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Лдам Н.К. Физика и химия поверхностей. М., ОГИЗ, 1947, с. 45.

2.Fromhers .. Dnstrumentation for handling, monomoGecu ar

at air-water interface, kc. Rev. Sci Ihstrtira, 1975, 46, 10, p. 1380-1385 (прототип).