Устройство для определения молекулярной массы вещества Советский патент 1981 года по МПК G01N25/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ВЕЩЕСТВА

1

Изобретение относится к физикохимическому исследованию свойств вещества и измерительной технике и может быть использовано для определения молекулярной массы исследуемого вещества при лабораторных исследованиях, для контроля степени чистоты получаемого известного вещества в химической, пищевой промышленности, при физико-химических исследованиях свойств растворов вещества.

Известен эбуллиоскоп, содержащий сосуд для кипячения жидкой Лазы, обратный холодильник для возвращения паров растворителя обратно в сосуд датчик температуры, размещенные над уровнем жидкой Лазы fl .

Для всех известных эбуллиоскопов характерны общие недостатки: отсутствует прямой отвод образующихся паров ,надежно обеспечивающий кипение при постоянном давлении, вследствие чего кипение растворителя, а затем раствора ггроводят без перегонки, в замкнутом сосуде с обратным холодильником, что создает непрерывные колебания давления внутри эбуллиоскопа и, как следствие, непрерывные колебания температуры кипения, значнтельно снижающие точность определения молекулярной массы.

Наиболее близким к предлагаемому является эбуллиоскоп, имеющий сосуД кипения, трубку для подачи паро-жидкостной смеси к термометру Бекмана, широкую трубку, размещенную в пробирке, пробирку, термометр Бекмана, обратный холодильник, трубку для

to возврата паро-жидкостной смеси f2.

Недостатком данного эбуллиоскопа является отсутствие прямого отвода для образующихся паров, что создает непрерывные колебания давления и

15 температуры кипения. Эбуллиоскоп работает только в режиме без прямой перегонки растворителя. Нельзя сравнивать значения температур кипения раствора, растворителя одновремен20но, в режиме прямой перегонки растворителя из раствора и чистого растворителя в одни и те же моменты времени, автоматизировать измерения температуры кипения и расчет моле25кулярной массы :вещества с помощью ЭВМ.Погрешность определений составляет 25-30%.

Цель изобретения - повышение точности определения молекулярной мас30сы вещества.

Поставленная цель достигается тем, что устройство включает в себя два эбуллископа, один из которых является рабочим, а другой контрольным, измерительная и расчетная схема установки одна и общая для рабочего и контрольного эбуллископов и состоит из рабочего и контрольного термометров Бекмана, диЛференциального датчика температур, размещенных в рабочей и контрольной многогорлых колбах эбуллископов и в .термостате, усилителя сигналов, преобразователя сигналов, градуировочного устройства, датчиков текущего объема растворителя в мерных приемниках-дозаторах эбуллископов, электронной вычислительной маишны, электрически соединенных так, что выход дифференциального датчика температур подключен на вход усилителя и преобразователя сигналов, выход усилителя соединен с входом градуировочного устройства и входом ЭВМ, а выходы датчиков текущего объема соединены с входом ЭВМ

Отличие состоит в том, что применение одновременно двух эбуллископов позволяет сделать определение молекулярной массы на порядок более точным, поскольку устанавливается одно3 начное соответствие во времени между колебаниями давления пара и температуры кипения внутри контрольного ; эбуллиоскопа с растворителем и колебаниями давления пара и температу кипения внутри рабочего эбуллиоскоп с pauTBopcw, благодаря этому сводятся к минимуму соответствующие опытные расхождения (погрешности) s колебаниях давления пара и температуры кипения, достигается резко выраженная температурная граница фазового перехода. Применение 6 установке одновременно двух эбуллиоскопов позволяет использовать для многократной регистрации температур фазового перехода в точке кипения контрольного растворителя контрольный термометр Бекмана в контрольном эбуллиоскопе в те же моменты времени, в которые используют для многократной регистрации температур фазового перехода растворителя в точке кипения раствора рабочий термометр Бекмана в эбуллиоскопе, причем термометры Бекмана могут иметь различные показания настройки по стандартному растворителю. Применение в установк одновременно двух эбуллиоскопов позволяет использовать одновременную параллельную перегонку растворителя из раствора и чистого растворителя, дифференциальный датчик температур, разместить дифференциальный датчик температур в рабочей и контрольной многогорлых колбах рабочего и контрольного эбуллиоскопов соответственно и в термостате, и

одновременно с многократной регистрацией температур кипення растворителя, раствора, контрольного растворителя с помощью рабочего и контрольного термометров Бекмана производить параллельные, непрерывные в течение всего опыта, автоматические замеры температуры кипения растворителя, раствора, контрольного растворителя с помощью диЛФеренциального датчика температур. Измерительная схема установки содержит усилитель-преобразователь сигналов дифференциального датчика, датчики текущего объема растворителя, ЭВМ для непрерывных расчетов молекулярной массы, на вход которой подаются усиленный, преобразованный и проградуированный сигнал дифференциального датчика температур, сигналы датчиков текущего объема растворителя. Расчеты текущих и окончательного среднего знсчения молекулярной массы исследуемого вещества производят с помощью ЭШ по програгФ е вычислениП.

Существенные отличия состоят в то что минимальный относительный диамет трубы, отводящей пары при прямой перегонке, равен 1/5 диаметра перегонной колбы, а минимальная плотност перфораций в перфорированном патроне равна 1 отверстию на 1 см при диаметре перфораций 1-2 мм.

Для эффективного перемешивания жидкости в перфорированном патроне разгющен паро-кидкостный микронасос вблизи термодатчиков.

Установка раэмещена в отдельном вытяжном шкафу для снижения температурного воздействия окружающей среды.

На фиг.1 изображена схема предложенной установки; на фиг.2 - схема паро-«идкостпого микронасоса.

Установка содержит два эбуллиоскопа, один из которых выполняет функции рабочего, другой - контрольного, многогорлую рабочую колбу 1, мггюгогорлую контрольную колбу 2, рабочий 3,контрольный 4 термометры Бекмана, вставленные в центральные широкогорлые отводы 5 рабочей и контрольной колбы так, что нижние резервуары с ртутью введены в перфорированные патроны б и нижнюю часть колб, штоки-термоотводы 7 избытка тепла из жидкой фазы в атмосферу, размещенные в боковых горловинах ч колб по периметру и вдоль термометров Бекмана так, что нижние концы погружены в жидкость, в перфорированные патроны, а верхние концы выходят в атмосферу, боковые иирокогорлые отводы 8 горловины, отводы 9 пара в тепловой изоляции, минимальный относительный диаметр каждого равен 0,2 диаметра многогорлой колбы, прямые холодильники 10, обратные холодильники 11, мерные градуированные приемники-дозаторы 12, термостаты 13 для многогорлих колб, основные источники 14 тепла. Измерительная и расчетная схема устапопки является одной и общей для рабочего и конт рольного эбуллиоскопов и содержит дифференциальный датчик температур 15, размещенный в рабочей и контрольной многогорлих колбах, в перфорированных патронах с помощью пробирок-дериателей 16, а также в термостате 17, причем дифференциаль ный датчик 15 представляет собой дв батареи, каходая состоит из последовательно соединенных термопар, и чувствительность датчика зависит от числа элементов в батарее, усилител преобразователь 18 сигналов диффере циального датчика, на вход которого подключен выход дифференциального датчика 15, а выход усилителя 18 соединен с входом градуировочиого ;устройствп 19 и входом ЭШ1 20, датники сигналов текущего объема раств рителя в мерных градуированных приемниках-дозаторах, электронную вычи лительную машину 20. Датчики сигналов текущего объема растворителя в мерных приемниках-дозаторах содер жат источник 21 питания, переменные резисторы 22, мерные градуированные приемники-дозаторы 12 с находящимися в них изменяющимися объемами . , раствора электролита, электроды 23, электроды-поплавки 24, блок 25 изме рителей-преобразователей сигналов, выходы блока 25 соединены с входом ЭВМ 20. Для регулировки режима рабо ты с перегонкой растворителя, или без перегонки служат краны 26. Трех ходовые краны 27 служат для регулировки количества растворителя в эбуллиоскопах. Для эффективного перемешивания жидкости паро-жидкостны микронасос 28 размещен в перфорированном патроне вблизи термодатчиков . Дпя исключения влияния окружаю щей среды на температурный режим работы установок размещена в отдель ном вытяжном шкафу 29. Отводы 30 алонжей приемников-дозаторов обеспе чивают подключение датчиков давления. Вспомогательные источники 31 тепла обеспечивают поддержание опти мальной температуры отогнанных порц растворителя. Дпя равномерного кипе ния жидкости в многогорлые колбы и перфорированные патроны помещают 100-150 кусочков битого неглазурова ного фарфора, которые выполняют Функции центров парообразования 32. Паро-жидкостный микронасос 28 содержит основными частями конусный шатер 33 и Г-образную капиллярную трубку 34, внутренний диаметр которой не превышает 5 мм. Определение молекулярной массы ве щества с помощью предлагаемой установки производят следующим способом.. В перфорированные патроны 6 вводит 15-20 кусочков битого неглаэурованного фарфора для обеспечения равномерного кипения и сних-сения перегревания растворителя и раствора, разЬ1е1дают паро-жидкостные микррнасосы 28. Перфорированные патроны 6вводят в многогорлые колбы 1 и 2 через центральный ыирокогорлый отвод 5, Те1 юметры Бекмана 3 и 4 на пробках с раэме(4еннш4и вдоль термометра игеоками-термоотводани 7 и пробирками-держателями термопар 16 вводят в отводы 5 и перфорированные патро- ны б. Многогсфлзые колбы I л 2 разме1цают в термостатах 13 и закрепляют в Е1тативах. К одному из боковых отводов колб 1 и 2 присоединяют обратные холодильники 11. Через ипфокогорлые боковне отводы 8 вводят определемное первоначальное количество растворителя в рабочую 1 и контрольную 2 колби. Дпя равномерного кипения через отводы 8 в колбы 1 и 2 вводят 100-150 кусочков битого неглазурованного фарфора, выполиякяцнх функции центров 32 парообразования. К отводам 8 присоединяют отводы 9 пара с краном 26. Прямые холодильники 10 соединяют с отводами 9 и мерными градуированными приемниками-дозаторс1ми 12, закрепляют в штативах. Шлходы приемников 12 соединяют посредством трехходового крана 27 с одним из боковых отводов колб 1 и 2. Приемники 12 закрепляют в штативах. В держателей 16 и термостат 17 вводят дифференциальний датчик 15 температур. Выход дифференциального датчика подключают на вход усилителя 18, выход усилителя 18 соединяют с входом градуировочного устройства 19 и входом ЭВМ 20. Собирают, как показано на фиг.1, датчики текущего объема растворителя в градуированных приемниках-дозаторах. Установка готова к работе. Пускают воду в прямые и обратные холодильники, включают основные источники 14 тепла, термостат 17, усилитель 18, градуировочное устройство 19, ЭВМ. Температуру растворителя доводят до температуры кипения. Открывают краны 26. Краны 27 закрывают. Б процессе фазового перехода в точке кипения растворителя перегоняют определенное количество пробы растворителя в градуированные рабочей и контрольный приемники 12, во время равномерной перегонки растворителя многократно, через каждые 1-2 с регистрируют по термометрам Векмана температуру кипения растворителя для каждого его текущего количества в рабочей и контрольной колбах эбуллиоскопов. По показаниям термометров Векмана

определяют среднюю температуру фазового перехода в точке кипения растворителя в каждой колбе 1 и 2. Сигнал от дифференциального датчи-. ка равен нулю. В отоптанном коли честве пробы растворителя из рабочей -колбы растворяют навеску веадества, не прерывая перегонки. Для этого кран 27 рабочего приемника открывают, отбирают в отдельную колбу с нааеской исследуемого не- щества часть перегнанного растворителя, кран 27 закрывают, раствор нагревают на вспомогательном источнике тепла до кипения и возвраифанке через боковой отвод в райочую колбу Отдельную колеу отоласкиваю отогнанным количествотл растворителя, раствор возвраиьают s рабочую коябу. Отогнанное количество пробы расворйтеля из контрольного градуированного приемника sosBpatsaigT s КОМФрольный сосуд, открывая края 2. Затем кран 27 закрывают. Для пойучения сигналов датчика текущего объема растворителя в град уИрованные приемники-дозаторы 12 ввойяг несколько миллилитров раствора стандартного эдектролкга, включают источник 21 питания, блок 25. В процессе фазового перехода в кипения раствора перегоняют опреяеленное количество пробы растворителя из раствора в рабочей колб© 1 в рабочий градуированный приемник .12, через каяцдае 1-2 с многократно регистрируют для каждого текущего количества раствора текучую температуру фазового перехода в точке кипения. Для каждого текущего количества раствора определяют среднюю текущую температуру фазового перехо в точке кипения. Одновременно с кйпением раствора продолжают равнсдаерную перегонку определенного количества растворителя из контрольной колбы 2 в контрольный градуированный приемник 12. Для каждого текущего количества растворителя в контрольной колбе в те же моменты времени, что и для раствора, определяют текущую температуру фазового перехода в точке кипения растворителя. Для каждой текущей концентрации вещества в рабочей колбе по средней текущей температуре фазового перехода в.точке кипения раствора и средней текущей температуре фазового пере5йода в точке кипения растворителя, rfe среднему текущему значениям температуры фазового перехода в точке кипения растворителя в контрольной колбе определяют текущие и средние значения молекулярной массы веществ

Одновременно с многократной регистрацией температур фазового перехода в точке кипения растворителя раствора, контрольного растворителя с помощью рабочего и контрольного

термометров Бекмана производят параллельные, непрерывные в течение всего опыта, замеры температуры фазового перекода в точке кипения растворителя, раствора, контрольного растворителя с помощью дифференциального датчика температур. Сигналы дифференциального датчика усиливают, градуируют, преобразуя и подают на вход ЭВМ. Одновременно на вход ЭВМ подают сигналы датчика текущих объемов растворителя в рабочем и контрольном градуированных приемниках, по которым машиной формируются данные о текущем количестйе растворителя в рабочей колбе 1 н в контрольной колбе 2. По полученным .значени5Ш сигналов датчиков температуры и объема ЭВМ производит по програмг е расчеты текукдах и среднего значений молекулярной массы. Погрешность определений с помощью предлагаемой установки составляет не больше 0,3-0,15%. Наименьшая позтйеыность определения с помощью известных эбуллиометров составляет 1,5-5,0%.

Применение устройства обеспечивает по сравнению с существующими Э6уллиоскопа1лн повышение точности определения молекулярной массы вещества, автсялатизадию измерений и расчетов, возможность применения устновки яри создании кибернетических

I Технологических линий, быстроту точного определения, так как один опыт с помощью предлагаемой установки

эквивалентен десяткам опытов с помощью известных эбуллиоскопов, надежность результатов благодаря воспроизводимости текущих значений молекулярной массы.

Формула изобретения

5 перфорированного патрона вдоль термодатчиков и в боковых отводах каждой многогорлоП колбы по периметру размещены штоки-термоотводы, нижние коцы которых во время работы установки погружены в жидкую фазу, а верхние выходят в атмосферу, один из боковых отводов каждой колбы выполнен широкогорлым, минимальный относительный диаметр которого равен 0,2 диаметра мпогогорлой колбы и соединен через отвод того же диаметра и прямой холодильник с мернЕил градуированным приемником-дозатором выход каждого приемника-дозатора соединен с одним из боковых отводов каждой лногогорлой колбы соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 школа , 1974, с. 185-186.

J