Идентификация растворителя, количественное определение компонентов
в анализируемой смеси рефрактометрическим методом
1 Введение
Настоящая методика распространяется на анализируемый порошок, представляющий
собой смесь семиводного сульфата магния и глюкозы. Методика представляет
рефрактометрический метод определения анализируемых компонентов в смеси.
2 Сущность метода
Метод
основан
на явлении преломления, изменении прямолинейного
распространения света при переходе из одной среды в другую, называемого рефракцией, она
характеризуется показателем преломления. Показателем преломления (n) называют
отношение синуса угла падения луча (α) к синусу угла преломления (β), для двух
соприкасающихся сред эта величина постоянна. Показатель преломления зависит от
внутреннего состояния вещества, он также зависит от температуры, давления, концентрации,
природы растворителя.
3 Средства измерения, вспомогательное оборудование, реактивы, материалы
3.1 Лабораторный рефрактометр АББЕ с абсолютной допускаемой погрешностью
измерения ± 0,0002, в диапазоне измерения n=1,2…1,7 или другой аналогичный.
3.2 Весы электронные аналитические с пределом допускаемой абсолютной погрешности
взвешивания не более ±0,0005 г, с наибольшим пределом взвешивания не менее 210 г по
ГОСТ Р 53228.
3.3Термогигрометр типа ИВТМ-7 М с погрешностью измерения относительной влажности
± 2,0 % в диапазоне измерений от 0 % до 99 %, погрешностью измерения температуры ± 0,2 °С в
диапазоне измерений от минус 20 °С до плюс 60 °С.
3.4 Секундомер электронный.
3.5 Колбы мерные по ГОСТ 1770.
3.6 Цилиндры мерные по ГОСТ 1770.
3.7 Стаканы лабораторные стеклянные по ГОСТ 25336.
3.8 Стаканчики для взвешивания (бюксы) по ГОСТ 25336.
3.9 Воронки лабораторные по ГОСТ 25336.
3.10 Палочки стеклянные по ГОСТ 21400.
3.11 Пипетки Пастера.
3.12 Глюкоза (чда) по ГОСТ 6038 или фармакопейная по ГОСТ 975.
3.13 Магний сернокислый семиводный (хч) по ГОСТ 4523.
3.14 Глицерин (чда) по ГОСТ 6259.
3.15 Спирт этиловый по ГОСТ 5962.
3.16 Вода дистиллированная по ГОСТ Р 58144.
Примечание - Допускается применять другие средства измерений, аппаратуру,
вспомогательные устройства, реактивы с метрологическими и техническими
характеристиками не хуже, чем у вышеуказанных в настоящей методике, в т.ч.
импортные.
4 Проверка юстировки
Провести проверку юстировки рефрактометра в соответствии с памяткой к прибору.
Для этого нанести 2-3 капли дистиллированной воды на измерительную призму. Закрыть
пластину так, чтобы вода распространилась по полной поверхности призмы без воздушных
пузырьков и сухих мест. Выдержать не менее 30 секунд прежде, чем приступить к
1
непосредственному измерению показателя преломления согласно инструкции к прибору. Это
позволит жидкости адаптироваться к температуре окружающей среды, значение которой
считывают со встроенного в рефрактометр термометра. Измерить показатель преломления
пять раз. Если средняя величина пятикратных отсчетов отличается не более чем на 0,00005
от табличного значения nD (таблица А.1 Приложения А), то юстировка прибору не требуется.
В противном случае рефрактометр требует юстировки.
5 Идентификация растворителя
В двух емкостях находятся растворители – в первой предположительно глицерин
(С3Н8О3, М=92,09541 г/моль), во второй предположительно дистиллированная вода (Н2О,
М=18,01534 г/моль).
5.1 Рассчитать теоретические молекулярные рефракции (RM) исследуемых
растворителей по правилу аддитивности, пользуясь табличными данными атомных
рефракций (Таблица А.2 Приложения А).
RM=q1·R1+ q2·R2+…
(1)
где qi- количество атомов i – го элемента в составе молекулы;
Ri- атомная рефракция i – го элемента в составе молекулы, см3/моль.
5.2 Измерить показатель преломления каждого раствора. Для измерения показателя
преломления нанести 2-3 капли исследуемого раствора на измерительную призму
рефрактометра. Закрыть пластину так, чтобы раствор распространился по полной
поверхности призмы без воздушных пузырьков и сухих мест. Измерить показатель
преломления каждого раствора не менее двух раз до получения сходимости результата в
четвертом знаке после запятой.
5.3 Плотность исследуемых растворителей найти по таблицам А.4 и А.5
Приложения А, исходя из данных: концентрация глицерина 100%, температура растворов
растворителей равна температуре окружающей среды, округленной до целого числа.
Плотность глицерина при повышении температуры на 1 0С уменьшается на 0,0006 г/см3и,
наоборот, увеличивается на эту же величину при снижении температуры на 1 0С.
5.4 Рассчитать молекулярные рефракции (RM) исследуемых растворителей по
формуле Лоренца – Лоренца
𝑛2 −1
𝑀
𝑅𝑀 = 𝑛2 +2 × 𝜌
(2)
где n– показатель преломления раствора;
M– молекулярная масса вещества, г/моль;
ρ- плотность раствора г/см3.
5.5 Сравнить молекулярные рефракции, вычисленные в результате эксперимента и
рассчитанные по предполагаемой структурной формуле. Идентифицировать растворитель.
6Подготовка к проведению измерений
6.1 Приготовить 1500 см3 10% раствора глицерина.
2
При приготовлении необходимо учитывать данные: показатель преломления
исходного раствора глицерина, приведенный к 20 0С по формуле (3) (таблица А.3
Приложения А) и плотности растворов глицерина (таблица А.4 Приложения А). Если
действительная концентрация исходного раствора глицерина находится в диапазоне от 99,3%
до 100% допускается использовать значение плотности, полученной по п.5.3. Зависимостью
значения плотности 10% раствора глицерина от температуры окружающей среды
пренебречь.
20
t
nD
nD
0,00022 (t 20)
(3)
где 0,00022 - температурный коэффициент для глицерина, °С-1;
n D20 - показатель преломления при 20 °С;
n Dt - показатель преломления при температуре измерения;
t – температура измерения, °С.
7 Порядок проведения измерений анализируемой пробы дифференциальным
методом
7.1 Приготовление раствора анализируемого порошка
Для определения количественного состава смеси выдается навеска анализируемой
пробы, которую необходимо количественно перенести в мерную колбу вместимостью
100,00 см3 и довести до метки 10% раствором глицерина.
7.2 Определение показателя преломления анализируемой пробы (n)
7.2.1 Нанести 2-3 капли раствора на измерительную призму рефрактометра. Закрыть
пластину так, чтобы раствор распространился по полной поверхности призмы без
воздушных пузырьков и сухих мест. Выдержать примерно 30 секунд прежде, чем приступить
к непосредственному измерению показателя преломления пробы согласно инструкции к
прибору. Это позволит жидкости адаптироваться к температуре окружающей среды,
значение которой считывают со встроенного в рефрактометр термометра. Измерить
показатель преломления раствора не менее двух раз для получения сходимости результата в
четвертом знаке после запятой.
7.3 Приготовление растворов каждого из компонентов, входящих в состав
анализируемого порошка
Приготовить растворы магния сернокислого семиводного и глюкозы. Массо-объемная
концентрация растворов каждого компонента должна быть равна массо-объемной
концентрации анализируемой пробы.
7.4 Определение показателя преломления каждого компонента (соответственно n1 и
n2)
Нанести 2-3 капли раствора на измерительную призму рефрактометра. Закрыть
пластину так, чтобы раствор распространился по полной поверхности призмы без
воздушных пузырьков и сухих мест. Выдержать примерно 30 секунд прежде, чем приступить
к непосредственному измерению показателя преломления пробы согласно инструкции к
прибору.
Измерить показатель преломления раствора не менее двух раз для получения
сходимости результата в четвертом знаке после запятой.
7.5 Определение содержания компонентов в растворе анализируемой пробы
3
Содержание компонентов в анализируемом порошке рассчитать по формуле, г:
𝑚1 =
(𝑛− 𝑛2 )∙𝑃
𝑛1 −𝑛2
𝑚2 = 𝑃 − 𝑚1
(4)
(5)
где m1- содержание глюкозы в анализируемом порошке, г;
m2- содержание магния сернокислого семиводного в анализируемом порошке, г;
n1- показатель преломления раствора глюкозы, приготовленного по п. 7.3;
n2- показатель преломления раствора магния сернокислого семиводного,
приготовленного по п. 7.3;
n- показатель преломления раствора анализируемого порошка, приготовленного
по п. 7.1;
Р- навеска анализируемого порошка, г.
7.6 Допускаемое относительное значение суммарной погрешности (δ) результата
определения массы глюкозы (сульфата магния семиводного) составляет ± 5,0 % при
доверительной вероятности 0,95.
7.7 Результат полученного содержания компонентов в анализируемом порошке
представить в виде:
(𝑚 ±Δ), гпри Р=0,95
где
𝑚 – содержание компонента в анализируемой смеси, г;
Δ - характеристика погрешностиопределения содержания компонента в смеси,
г, при Р=0,95.
8 Порядок проведения измерений анализируемой пробы путем решения
системы уравнений с двумя неизвестными
8.1 Приготовление градуировочных растворов для определения факторов
показателей преломления магния сернокислого семиводного и глюкозы.
8.1.1 Приготовить серию из не менее чем трех растворов магния сернокислого
семиводного в диапазоне массо-объемных концентраций от 4 % до 6 %. В качестве
растворителя использовать 10 % раствор глицерина.
8.1.2 Приготовить серию из не менее трех растворов глюкозы в диапазоне массообъемных концентраций от 4 % до 6 %. В качестве растворителя использовать 10 % раствор
глицерина.
8.1.3 Результат взвешивания в граммах записать с точностью до второго десятичного
знака. Приготовить по однойсерии растворов.
8.2 Измерение показателей преломления градуировочных растворов
Измерить показатели преломления градуировочных растворов в порядке возрастания
концентрации магния сернокислого семиводного и глюкозы в растворах.
Для измерения показателей преломления нанести 2-3 капли градуировочного раствора
на измерительную призму рефрактометра. Закрыть пластину так, чтобы раствор
4
распространился по полной поверхности призмы без воздушных пузырьков и сухих мест.
Выдержать не менее 30 секунд прежде, чем приступить к непосредственному измерению
показателя преломления согласно инструкции к прибору. Это позволит жидкости
адаптироваться к температуре окружающей среды, значение которой считывают со
встроенного в рефрактометр термометра. Измерить показатель преломления каждого
раствора не менее двух раз до получения сходимости результата в четвертом знаке после
запятой.
8.3 Определение факторов показателя преломления для магния сернокислого
семиводного и глюкозы
8.3.1 Провести пересчет показателей преломления для градуировочных растворов,
полученных при температуре отличной от 20 ºС, и рассчитать значения показателей
преломления приведенных к 20 ºС по формуле:
nD20 nDt 0,00011 (t 20) ,
(6)
Где 0,00011 - температурный коэффициент для 10% раствора глицерина, °С-1;
n D20 - показатель преломления при 20 °С;
n Dt - показатель преломления при температуре измерения;
t – температура измерения, °С.
8.3.2 Построение калибровочного графика
Установить градуировочную характеристику в виде зависимости измеренных и
приведённых к температуре 20 oC (согласно п. 8.3.1) значений показателя преломления
градуировочных растворов от массо-объемной концентрации магния сернокислого
семиводного и глюкозы в растворах. Данные обработать методом линейной регрессии с
построением линии тренда с помощью ПО MSExcel. Значение R2 (величины достоверности
аппроксимации) полученной линейной зависимости показателя преломления раствора от
массо-объемной концентрации магния сернокислого семиводного и глюкозы должно быть не
менее 0,99.
8.3.3 Рефрактометрический фактор
Найти значения рефрактометрических факторов 𝐹𝑀𝑔𝑆𝑂4 (%-1) и Fглюкозы (%-1), которые
численно равны угловым коэффициентам градуировочных характеристик, полученных в
п. 8.3.2. Значения рефрактометрических факторов необходимо привести с точностью до
пятого знака.
8.3.4 Показатель преломления растворителя
Найти значение показателя преломления растворителя (n0) из таблицы А.3 Приложение
А.
8.3.5 Провести пересчет показателей преломления для раствора анализируемой
пробы, полученных при температуре отличной от 20 ºС по формуле (6).
8.4 Рефрактометрический анализ смесей веществ основывается на правиле
аддитивности показателей преломления. Для нашего случая:
𝑛 = 𝑛0 + 𝑛глюкозы + 𝑛𝑀𝑔𝑆𝑂4 = 𝑛0 + 𝐶глюкозы ∙ 𝐹глюкозы + 𝐶𝑀𝑔𝑆𝑂4 ∙ 𝐹𝑀𝑔𝑆𝑂4
(7)
где n - показатель преломления анализируемой пробы, приготовленной по п. 7.1,
приведенный к 20 ˚С;
n0 - показатель преломления растворителя;
5
пробе, %;
𝐶глюкозы (𝐶𝑀𝑔𝑆𝑂4 )- концентрация глюкозы (магния сернокислого семиводного) в
Fглюкозы (𝐹𝑀𝑔𝑆𝑂4 ) - фактор показателя преломления раствора глюкозы (магния
сернокислого семиводного) по п.8.3.3, %-1.
Так как перед измерением показателя преломления растворяют точную навеску
анализируемого порошка в определенном объеме, то известна суммарная массо-объемная
концентрация веществ, входящих в состав пробы.
𝐶глюкозы + 𝐶𝑀𝑔𝑆𝑂4 = 𝐶∑
(8)
8.5 Решить систему уравнений (7) и (8) методом подстановки.
8.6 Допускаемое относительное значение суммарной погрешности (δ) результата
определения концентрации глюкозы (сульфата магния семиводного) составляет ± 10 % при
доверительной вероятности 0,95.
8.7 Результаты полученных концентраций компонентов в растворе анализируемого
порошка представить в виде:
(С ± Δ), %при Р=0,95
где
С – массо-объемная концентрация компонента в анализируемой смеси, %;
Δ - характеристика погрешности определения концентрации компонента в
смеси, %, при Р=0,95.
6
Таблица А.1 - Показатель преломления дистиллированной воды в пределах температур
от 15 оС до 27 оС
Температура, оC
Показатель преломления nD
15
1,3334
16
1,3333
17
1,3332
18
1,3332
19
1,3331
20
1,3330
21
1,3329
22
1,3328
23
1,3327
24
1,3326
25
1,3325
26
1,3324
27
1,3323
7
Таблица А.2 Атомные рефракции (по Эйзенлору)
Таблица А.3 Показатели преломления водных растворов при 20 0С
8
Таблица А.4 Плотность водных растворов глицерина при температуре 20 0С
Плотность, г/см3
Массовая доля, %
Плотность, г/см3
Массовая доля, %
1,010
5
1,140
55
1,022
10
1,153
60
1,034
15
1,167
65
1,047
20
1,181
70
1,060
25
1,194
75
1,073
30
1,208
80
1,086
35
1,221
85
1,099
40
1,235
90
1,113
45
1,248
95
1,126
50
1,261
100
Таблица А.5 Плотность воды в пределах температур от +10 до +35 оС
Температура t, оC
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
Плотность ρ, кг/м3
999,73
999,63
999,52
999,40
999,27
999,13
998,97
998,80
998,62
998,43
998,23
998,02
997,80
997,57
997,33
997,08
996,82
996,55
996,27
995,98
995,68
995,37
995,06
994,73
994,40
994,06
9
