Способ количественного определения полимеров акриламида в водных растворах Советский патент 1982 года по МПК G01N21/00 

(54) СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕНПОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ АКРИЛАМИДА В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

Изобретние относится к аналитической химии полимеров, в частности, к количественному определению полиакриламида (ПАА) и его производных в водных растворах. Известен фoтoнeфeлoмeтjpичecкий способ определения ПАА в водных растворах, заключающийся в том, что водный раствор полиакриламида обрабатывают неорганической кислотой и определяют оптическую плотность суспензии образующейся в результате осаждения полиакриловой кислоты 1. Однако этот способ не является достаточно точным. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ количественного определения полимеров акриламида в водных растворах путем подкисления анализируемой пробы до рН-1-3 неорганической кислотой с последующим нагреванием до получения прозрачного раствора (80-95°С), охлаждением до 18-25°С и фотонефелометрированием образующейся суспензии. При этом перед подкислением анализируемой пробы ее предварительно смещивают с глицерином, взятом в количестве 10-30% от объема пробы. Известные методы применяются в основном для определения гидролизованного полиакриламида, который применяется в различных областях народного хозяйства в качестве флокулянта 2. Однако известный способ может быть применен только для определения акриламида с степенью гидролиза выще 30%, что сужает область применения и чувствительность способа. Цель изобретения - повыщение чувствительности способа и расщирение области его применения. Указанная цель достигается тем, что в способе количественного определения полимеров акриламида в водных растворах путем подкисления анализируемой пробы неорганической кислотой с последующим нагреванием, охлаждением и фотонефелометрированием образующейся суспензии подкисление анализируемой пробы осуществляют до концентрации неорганической кислоты 0,5-2,5 М.

В качестве неорганической кислоты используют соляную или серную (98%) кислоты.

При нагревании водного раствора ПАА в сильнокислой среде при 80-100°С протекают кислый гидролиз амидных групп до карбоксильных и имидизация полимера за счет реакции амид-амидных и амид-карбоксильных групп.

В результате такой химической модификации водорастворимого ПАА образуется полимер, нерастворимый в воде, в виде микродисперсии. Измерив интенсивность рассеянного света или мутность ее по калибровочному графику определяют содержание полимера.

Увеличение кислотности водного раствора ПАА до концентрации неорганической кислоты 0,5-2,5 М и последующее нагревание при 80-Г05°С позволяет получить микродисперсную фазу для ПАА с степенью гидролиза ниже 30%, в том числе и для гомополиакриламида (t.p 0%). Это позволяет расширить область применения (надежность) предлагаемого способа и повысить чувствительность его по сравнению с известным.

Кроме того проведение анализа в указанных условиях позволяет исключить добавление глицерина, что упрощает способ.

Сравнительные испытания известного и предложенного способов показали, что при оптической плотности анализируемой пробы равной 0,3 по известному способу определяется концентрация полиарилгмида с д 46%, равная 37,, в то время как по предложенному - 8-10 %, что свидетельствует о большей чувствительности предлагаемого способа (более, чем в 4 раза), и кроме того о невозможности применения известного способа для определения полиакриламида с низкой степенью гидролиза из-за недостаточно высокого осаждения образующейся полиакриловой кислоты. Присутствие в анализируемых растворах электролитов не мешает определению ПАА.

Способ определения ПАА и его производных заключается в следующем.

В термостойкую пробирку емкостью 20 мл помещают 2-15 мл анализируемой пробы, содержащей 5-40-10 % полимера. Прибавляют 0,3-2,0 мл концентрированной серной или соляной кислоты из расчета 1 мл кислоты на 7,5 мл раствора полимера. Смесь тщательно перемещивают и нагревают в термостате при 80-105°С в течение 15-60 мин. После термостатирования содержимое пробирки охлаждают 5 мин в проточной воде и измеряют интенсивность рассеянного света или мутность полученной микродисперсии. Концентрацию полимера определяют по предварительно построенному калибровочному графику.

Чем выще концентрация кислоты в анализируемом растворе ПАА и температура нагревания его, тем меньше время химической модификации ПАА до получения ус тойчивой микросуспензии полимера.

Пример 1. В термостойкую пробирку емкостью 20 мл помещают 10 мл раствора гомополиакриламида в дистиллированной воде молекулярной массы 0,7 млн., прибавляют 1,9 мл концентрированной серной кислоты, пробирку закрывают стеклянной пробкой и тщательно перемешивают встряхиванием. Смесь нагревают в термостате при в течение 40 мин, охлаждают 5 мин и измеряют интенсивность рассеянного света под углом 90 или 120° на нефелометре или оптическую плотность на фотоэлектрокалориметре или спектрофотометре на длине волны 500-550 нм через каждые 5 мин в течение 30 мин.

Прямые зависимости оптической плотности и показания нефелометра во времени показывают, что получающиеся микродисперсии ПАА, модифицированного в кислой среде при нагревании, обладают хорошей устойчивостью во времени (без перемешивания), в результате чего надежность этого способа высокая.

Влияние электролита на агрегативную и кинетическую устойчивость микросуспензии модифицированного ПАА иллюстрируется в примере 2.

Пример 2. Анализ 20-10 % водного раствора ПАА проводят аналогично примеру 1, но в 25% растворе NaCl при нагревании в течение 20 мин.

Получают прямые изменения оптической плотности и показания нефелометра во времени полученной микросуспензии полимера. Поскольку прямые проходят параллельно оси времени при почти постоянном показателе оптической плотности и показании нефелометра, можно сделать вывод, что микродисперсии модифицированного ПАА устойчивы в водных растворах, содержащих большую концентрацию электролита, что также повышает надежность способа и расширяет область его применения без удаления электролита. Это является сушественным отличием изобретения от известных методов определения концентрации полиакрил амидов.

Микросуспензии модифицированного ПАА стабильны во времени в водном растворе, содержащем 0,5-2,5 М HiSO4 и О- 25% NaCl.

Пример 3. В две термостойких пробирки емкостью 20 мя помещают по 10 мл 25-10 % раствора ПАА на дистиллированной воде и прибавляют по 1,9 мл концентрированной серной кислоты. Пробирки закрывают стеклянными пробками и тщательно встряхивают. Содержимое одной пробирки нагревают при 80°С в течение 60 мин, а другой- при 50°С в течение 120 мин, охлаждают 5 мин

в проточной воде и измеряют интенсивность рассеянного света под углом 90°. Интенсивность рассеянного света модифицированного ПАА в первой пробирке составляет 72,4%, а во второй-19°/о. Полученные результаты показывают, что при 50°С и ниже при длительном нагревании (более 2-х часов) модификация ПАА проходит неглубоко, что снижает чувствительность метода. Таким образом, с целью ускорения способа определения концентрации ПАА нагревание анализируемой пробы следует вести при 80°С и выше.

Пример 4. Построение калибровочного графика.

В серию мерных колб емкостью 100 мл помещают 2,5; 5; 10; 15; мл 0,01% раствора ПАА молекулярной массы 0,7 млн в дистиллированной воде и доводят до метки этой же водой. Содержимое колб тщательно перемещивается.

Из приготовленных таким образом стандартных растворов в 5 термостойких пробирок емкостью 20 мл переносят по 10 мл, прибавляют 1,9 мл концентрированной серной кислоты и, закрыв пробирки стеклянными пробками, встряхивают тщательно. Пробирки нагревают в термостате при 100°С в течение 40 мин, охлаждают 5 мин в проточной воде и измеряют интенсивность рассеянного света под углом 90° на нефелометре типа Specol. Полученные данные приводят в виде графика зависимости показания нефелометра от концентраций ПАА в растворе. Строят калибровочные прямые для ПАА, гидролизированного на 30%, молекулярной массы 0,7 млн построенные в тех же условиях, что и гомополимер, и для гомополимера, но модифицированного в 0,5 М растворе HjSO и 25% NaCl.

Во всех случаях (в том числе и при больщой концентрации электролитов в растворе) получаются прямолинейные зависимости показаний нефелометра от концентрации полимера. Аналогичные лависимостг получаются при определении мутности стандартных растворов на спектрофотометре.

Чувствительность предлагаемого способа, рассчитанная методом дисперсионного анализа из 5 параллельных определений при коэффициенте значимости 0,05, составляет 1,9-10 % полимера, что вполне приемлемо для его определения в различных условиях. Если концентрация полимера в анализируемой пробе ниже чувствительности предлагаемого метода, перед определением пробу необходимо сконцентрировать, например, путем выпаривания.

Использование изобретения позволит просто и быстро с высокой чувствительностью определять концентрацию ПАА или его производных в воде различной минерализации, например в пластовых водах нефтяных месторождений;

20

Формула изобретения

Способ количественного определения полимеров акриламида в водных растворах путем подкисления анализируемой пробы 5 неорганической кислотой с последующим на греванием, охлаждением и фотонефелометрированием образующейся суспензии, отличающийся тем, что, с целью повыщения чувствительности способа и расщирения области его применения, подкисление анали0зируемой пробы осуществляют до концентрации неорганической кислоты 0,5-2,5 М.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Безазян И. В. и др. Фототурбидиметрическое определение полиакриламида. «За5водская лабораториям, № 4, 1972, с. 415. -2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2784057/23-05, кл. G 01 N 21/00. 29.06.79 (прототип).