165278 (Определение компонентов ванн крашения кислотными красителями), страница 3

Как видно из табл. 1 и рис. 6, определение в ванне крашения кислотным красным необходимо проводить при длине волны, соответствующей максимуму поглощения анализируемого раствора, т. е. =490нм, а кислотным антрахиноновым ярко-зеленым при =590 нм.

3.1.2. Построение градуировочного графика, установление интервала его линейности и стабильности во времени

Для приготовления серии стандартных растворов необходимо взять 5 мерных колб вместимостью 50.00 мл, в каждую из которых поместить соответственно 1.00, 2.00, 3.00, 4.00 и 5.00 мл раствора кислотной ванны крашения с известной концентрацией и довести до метки дистиллированной водой.

Расчет концентрации красителя в каждой колбе проводится по формуле C_i = C_кр-ля V_i/V_к ,

где С_кр-ля – известная концентрация красителя (для кислотного красного – 0.2440 г/л; для кислотного антрахинонового ярко-зеленого - 0.2240г/л),

V_i – объем пробы красителя, мл.

V_к – объем мерной колбы, мл.

Затем измеряется оптическая плотность (А) полученных стандартных растворов поочередно при выбранном свтофильтре (см. раздел 3.1.1.).

Аналогичные измерения проводятся спустя неделю для проверки стабильности градуировочного графика во времени. Используя метод наименьших квадратов строим градуировочный график.

Данные для построения градуировочного графика для кислотного красного представлены в табл. 2, а градуировочный график - на рис.7.

ТАБЛ. 2.

Сi, г/л		0.0048	0.0097	0.0146	0.0195	0.0244
А1	11.09.2002г.	0.175	0.300	0.500	0.610	0.790
А2	18.09.2002г.	0.170	0.290	0.430	0.600	0.750

Рис 7. Градуировочный график для кислотного красного

Данные для построения градуировочного графика кислотного антрахинонового ярко-зеленого представлены в табл. 3. Градуировочный график представлен на рис. 8.

ТАБЛ. 3.

Сi, г/л		0.0045	0.0090	0.0134	0.0179	0.0224
А1	11.09.2002г.	0.025	0.075	0.125	0.155	0.238
А2	18.09.2002г.	0.049	0.973	0.135	0.171	0.218

Рис. 8. Градуировочный график для кислотного антрахинонового ярко-зеленого

Как видно из рис. 7, градуировочный график кислотного красного линеен в интервале концентраций от 0.0048 г/л до 0.0244 г/л и стабилен во времени.

Анализируя рис. 8, делаем вывод, что график кислотного антрахинонового ярко-зеленого линеен в интервале концентраций от 0.0045 г/л до 0.0224 г/л и стабилен во времени.

Были рассчитаны коэффициенты для уравнений градуировочных графиков: А = аС + в.

Для кислотного красного: а=39,828,

в=0.00023,

r=0.9910.

А = 36.83С + 0.00023.

Для кислотного антрахинонового ярко-зеленого: а=9.5900,

в=0.0007,

r=0.9907.

А = 9.59С = 0.0007.

Коэффициенты коррелляции r больше 0.99. Следовательно, полученные градуировочные графики можно использовать для количественных определений.

3.1.3. Расчет разбавления пробы

Концентрация красителя модельного раствора красильной ванны приближенно составляет С ~ 0.2 г/л. При определении кислотного красного середине градуировочного графика соответствует концентрация Скр.= 0.012г/л. Чтобы при разбавлении модельного раствора ванны крашения кислотного красного попасть на середину градуировочного графика, пробу необходимо разбавить в 20 раз ( С / Cкр.~20).

При определении кислотного антрахинонового ярко-зеленого середина градуировочного графика приходится на Сзел.=0.011 г/л. Т. к. концентрация в модельном растворе ванны крашения кислотного антрахинонового ярко-зеленого С ~ 0.2, то чтобы попасть на середину градуировочного графика, пробу необходимо разбавить в 10 раз.

3.1.4. Проверка правильности результатов определения

Проверку правильности результатов определения проводим путем анализа модельных растворов красильной ванны с известными концентрациями: акрасн. = 0.2293 г/л; азелен. = 0.1864 г/л.

Для разбавления модельного раствора ванны крашения кислотного красного в 20 раз в колбу на 100 мл помещаем 5.00 мл анализируемого раствора, доводим до метки достиллированной водой и проводим измерения оптической плотности раствора при выбранном светофильтре (см. раздел 3.1.1). Параллельные определения проводим 3. Полученные данные представлены в табл.4.

Табл. 4.

№ измер-я	А	С фотометрир., г/л	С анализир.,г/л
1	0.415	0.0114	0.228
2	0.412	0.0113	0.226
3	0.407	0.0112	0.224

Математическая обработка результатов определения для модельного раствора ванны крашения кислотного красного представлена в табл.4.1.

ТАБЛ. 4.1

С, г/л	n	Sr	, г/л	С-…….С+	tтабл.	tэксп.
0.226	3	0.0087	0.005	0.221….0.231	4.303	3.350

Поскольку относительная ошибка опрелелений составляет 1.3.%, а t_эксп.<t_табл. (3.35<4.303), то результат определения считается правильным, а расхождение между средним и действительным значениями обусловлено только случайными погрешностями.

Для разбавления модельного раствора ванны крашения кислотного антрахинонового ярко-зеленого в 10 раз в колбу на 50.00 мл помещаем 5.00 мл анализируемого раствора, доливаем до метки дистиллированной водой и измеряем оптическую плотность полученного раствора. Проводим 4 параллельных определения. Полученные данные представлены в табл. 5.

ТАБЛ. 5.

№ измер-я	А	С фотометрир., г/л	С анализир., г/л
1.	0.175	0.0183	0.183
2.	0.173	0.0173	0.173
3.	0.168	0.0176	0.176
4.	0.182	0.0197	0.197

Математическая обработка результатов определения для модельного раствора красильной ванны кислотного антрахинонового ярко-зеленого представлена в табл. 5.1.

ТАБЛ. 5.1

С, г/л	n	Sr	, г/л	С-…….С+	tтабл.	tэксп.
0.182	4	0.045	0.015	0.167….0.197	3.182	2.315

Т. к. относительная ошибка определений составляет 2.23%, а t_эксп. < t_табл. (2.315<3.182), результат определения может считаться правильным, а расхождение между средним и действительным значениями обусловлено только случайными погрешностями.

3.2. Определение концентраций красителей в технологических растворах красильных ванн методом прямой фотометрии.

По методике, описанной в разделе 3.1, были проанализированны технологические ванны крашения кислотного красного и кислотного антрахинонового ярко-зеленого. Полученные данные представлены в табл. 6 и 7. Математическая обработка результатов определения кислотного красного и кислотного антрахинонового ярко-зеленого в технологических ваннах представлена в табл. 6.1 и 7.1. соответственно.

Результаты определения концентрации кислотного красного в технологической ванне крашения

ТАБЛ. 6.

№ измер-я	А	С фотометрир. г/л	С анализир.,г/л
1.	0.350	0.096	0.192
2.	0.320	0.088	0.176
3.	0.340	0.093	0.186
4.	0.330	0.090	0.181

ТАБЛ. 6.1.

С, г/л	n	Sr	, г/л	С-…….С+ (Р=0.95)
0.184	4	0.045	0.013	0.171….0.197

Результаты определения концентрации кислотного антрахинонового ярко-зеленого в технологической ванне крашения

ТАБЛ. 7

№ измер-я	А	С фотометрир., г/л	С анализир., г/л
1.	0.156	0.0163	0.163
2.	0.161	0.0168	0.168
3.	0.162	0.0170	0.170
4.	0.168	0.0171	0.171

ТАБЛ. 7.1.

С, г/л	n	Sr	, г/л	С-…….С+ (Р=0.95)
0.168	4	0.037	0.011	0.157….0.179

3.3. Иследование условий определения концентрации уксусной кислоты в ваннах крашения кислотными красителями методом полуавтоматического потенциометрического титрования.

В основе определения концентрации уксусной кислоты в кислотных красильных ваннах лежит следующая реакция:

СН₃СООН + NaОН  CН₃СООNa + Н₂О.

3.3.1. Расчет объема пробы уксусной кислоты

Расчет объема пробы уксусной кислоты проводят по закону эквивалентности: C_пр. V_пр. = C_титр. V_{титр. ,}

где V_титр. и V_пр. - объем титранта (гидроксида натрия) и объем пробы анализируемого раствора соответственно, мл.

С_титр и С_пр. – концентрация титранта и концентрация уксусной кислоты в анализируемом растворе красильной ванны соответственно, моль/л.

Концентрация СН₃СООН в модельных растворах красильных ванн ~ 0.3 г/л, что составляет 0.005 моль/л, а концентрация NaОН ~ 0.09 моль/л. Задаемся объемом титранта в конечной точке титрования = 1.5 мл, тогда C_пр. = (C_титр х V_титр.. )/ V_пр.= (0.09моль/л х 1.5мл) /0.005моль/л = 30.00 мл.

Выбираем объем пробы =25.00 мл.

3.3.2 Выбор Е_ктт для полуавтоматического потенциометрического титрования

В стаканчик для титрования помещаем с помощью пипетки 25.00 мл аналилируемого модельного раствора кислотной ванны крашения. Затем ставим стаканчик на магнитную мешалку, опускаем в него электроды так, чтобы они находились в растворе и не соприкасались со стенками стаканчика, помещаем в полученный раствор размешиватель и включаем мешалку. Далее прибавляем из бюретки раствор титранта с известной концентрацией (С_NaOH=0.08800моль/л) по 0.20 мл, а вблизи точки эквивалентности по 0.10 мл для более точного построения кривых титрования. После каждого прибавления титранта измеряем изменение значения потенциала индикаторного электрода и фиксируем полученные результаты. Проводим 3 параллельных определения.

По полученным данным строим кривые потенциометрического титрования в координатах “потенциал электрода, Е,мВ – объем титранта V,мл”, пример одной из которых представлен на рис. 9.

Рис. 9. Кривая потенциометрического титрования.

Как видно из рис.9, потенциал в конечной точке титрования Е_ктт = -100 мВ. Во избежании перетитровывания на БАТ-15 устанавливаем меньший потенциал: Е_ктт= -15мВ. Выбранные условия для полуавтоматического потенциометрического титрования представлены в табл. 8.

ТАБЛ. 8.

Ектт, мВ	Время выдержки,с	Диапазон титрования	Зона импульсной подачи титранта, мВ
-15	15	узкий	200

3.3.3 Проверка правильности результатов определения

Проверку правильности результатов определения концентрации уксусной кислоты в ваннах крашения кислотными красителями проводили путем анализа модельных растворов красильных ванн с известной концентрацией уксусной кислоты: для кислотного красного действительное значение а_к.к=0.472 г/л , для кислотного антрахинонового ярко-зеленого а_к.з.=0.528г/л.

Дальнейшие определения проводим автоматически, задав на БАТ-15 необходимые условия, представленные в табл. 8. Для этого отбираем пипеткой 25.00 мл анализируемого раствора модельной ванны крашения и помещаем его в стаканчик для титрования. Ставим стаканчик на магнитную мешалку, помещаем в полученный раствор размешиватель, опускаем электроды, включаем мешалку и автоматическую подачу титранта. После окончания титрования (сигналом является загорающаяся лампочка «конец») фиксируем объем титранта, пошедшего на титрование анализируемого модельного раствора. Концентрацию уксусной кислоты рассчитываем по формуле: С _CH3COOH = С _NaOH V _КТТ M _CH3COOH /V_пр.

Результаты определения концентрации уксусной кислоты в модельных ваннах крашения кислотным красным представлены в табл. 9, а кислотным антрахиноновым ярко-зеленым в табл.10.

Табл.. 9

V КТТ, мл	2.31	2.25	2.27
C CH3COOH,г/л	0.488	0.476	0.480

Табл.10

V КТТ, мл	2.53	2.49	2.52	2.50
C СH3COOH,г/л	0.534	0.527	0.532	0.528

Была проведена математическая обработка результатов определения концентрации уксусной кислоты в модельных ваннах крашения кислотными красителями, результаты которой представлены в табл. 9.1 и 10. 1 соответственно.

Табл. 9.1.

С, г/л	n	Sr	δ, г/л	С-δ…….С+δ (Р=0.95)
0.481	3	0.013	0.015	0.466….0.496

Т. к. относительная ошибка определений составляет 2.2%, а t_эксп. < t_табл. (2.315<3.182), результат определения может считаться правильным, а расхождение между средним и действительным значениями обусловлено только случайными погрешностями

Табл. 10.1.

С, г/л	n	Sr	δ, г/л	С-δ…….С+δ (Р=0.95)
0.530	4	0.006	0.005	0.525….0.535

Поскольку относительная ошибка определений составляет 0.38%, а t_эксп. < t_табл. (2.403<3.182), результат определения может считаться правильным, а расхождение между средним и действительным значениями обусловлено только случайными погрешностями.

3.4. Определения концентрации уксусной кислоты в технологических ваннах крашения кислотными красителями методом полуавтоматического потенциометрического титрования.

Методика определения концентрации уксусной кислоты в красильной ванне описана в разделе 3.3.3. Результаты определений концентраций уксусной кислоты в технологических ваннах крашения кислотными красителями представлены в табл. 11 для кислотного красного и табл. 12 для кислотного антрахинонового ярко-зеленого. Результаты математической обработки полученных данных в табл. 11.1 и 12.1 соответственно.

Табл.11

V КТТ, мл	1.71	1.68	1.64	1.72
C СH3COOH,г/л	0.301	0.296	0.290	0.302

Табл.11.1

С, г/л	n	Sr	δ, г/л	С-δ…….С+δ (Р=0.95)
0.297	4	0.019	0.009	0.288….0.306

Табл.12.

V КТТ, мл	3.15	3.18	3.20	3.16
C СH3COOH,г/л	0.666	0.672	0.675	0.668

Табл.12.1

С, г/л	n	Sr	δ, г/л	С-δ…….С+δ (Р=0.95)
0.670	4	0.006	0.006	0.664….0.676

3.5 Исследование условий определения концентрации сульфата натрия в ваннах крашения кислотными красителями методом высокочастотного титрования.

В основе определения концентрации сульфата натрия в ваннах крашения кислотными красителями лежит следующая реакция:

Na₂SO₄ + Ba(CH₃COO) ₂ = 2 CH₃COONa + BaSO₄

3.5.1. Расчет объема пробы

Расчет объема пробы проводим по закону эквивалентности

C_пр. V_пр. = C_титр. V_{титр. ,}

где C_пр. и C_титр. = концентрация сульфата натрия в анализируемом растворе и концентрация ацетата бария соответственно, моль/л

V_пр. и V_титр. - объем пробы анализируемого раствора и объем ацетата бария в конечной точке титрования соотвотственно,мл.

Концентрация ацетата бария составляет ~ 0.25 моль/л.Задаемся объемом титранта в конечной точке титрования =5.00 мл. Концентрация сульфата натрия в модельной ванне крашения кислотным красным составляет ~ 0.05 моль/л. Тогда V_пр=(0.25 5.00)/0.05=25.0 мл. Выбираем объем пробы 25.00 мл.

Для кислотного антрахинонового ярко-зеленого концентрация сульфата натрия ~ 0.07 моль/л. Поэтому V_пр=(0.25 5.00)/0.07=17.8мл. Выбираем объем пробы = 20.00 мл.

3.5.2.Установление концентрации титранта

Концентрацию ацетата бария устанавливают путем титрования. Для этого в стаканчик для титрования наливают из бюретки 25.00 мл раствора серной кислоты с известной концентрацией С(H₂SO₄)=0.05000 моль/л, доливают дистиллированную воду до уровня 2-3мм выше уровня электродов, помещают в анализируемый раствор размешиватель. В ячейку для титрования вставляют стакан, ручкой “грубо” устанавливают стрелку микроамперметра в положение “0”, ставят чувствительность прибора на “4”, включают магнитную мешалку, регулируя частоту вращения размешивателя таким образом, чтобы глубина образующейся на поверхности раствора воронки была не менее 3 мм, но не опускалась ниже уровня электрода. Бюретку для титрования заполняют раствором ацетата бария и начинают титровать, добавляя по 0.50 мл титранта (а в близи точки эквивалентности по 0.20 мл для более точного построения кривых титрования), и фиксируя изменения показаний прибора в процессе титрования. Проводят 4 параллельных определения. По результатам титрования строят кривые титрования в координатах “сила тока, мкА – объем титранта, мл”, пример одной из которых представлен на рис. 10.

Рис. 10. Кривая потенциометрического титрования Ba(CH₃COO) ₂ стандартным раствором Н₂SO₄

Объем титранта в конечной точке титрования определяют путем нахождения точки пересечения линейных участков кривой титрования. Как видно из рис. 10, среднее значение V_ктт =5.02мл.

Молярную концентрацию титранта рассчитывают на основе закона эквивалентности по формуле: С Ва(CH3COO) 2 = С NaOH V_пр /V _КТТ

Где С H₂SO₄– концентрация стандартного расвора серной кислоты, моль/л;

V_пр и V_ктт - объем пробы стандартного раствора Н₂SO₄ раствора и объем титранта в конечной точке титрования соответственно, мл.

С Ва(CH3COO) 2 = (0.0500 х 25, 00)/5.020 = 0.02488моль/л.

3.5.3. Проверка правильности результатов определений

Проверку правильности результатов определений проводят путем анализа модельных ванн крашения кислотными красителями с известными концентрациями содержащегося в них сульфата натрия. Для для кислотного красного действительное значение а_к.к=7.350 г/л, а для кислотного антрахинонового ярко-зеленого а_к.з.=10.03 г/л.

Анализируемый раствор модельной ванны крашения кислотным красным отбирают с помощью пипетки в объеме 25.00 мл (для кислотного антрахинонового ярко-зеленого в объеме 20.00 мл) и помещают в стаканчик для титрования, далее проводят титрование аналогично описанному в разделе 3.5.2., при этом стрелку микроамперметра устанавливают в положение «50» во избежании зашкаливания, а чувствительность прибора повышают до «2». Проводят 3 параллельных определения. По результатам титрования строят кривые титрования, пример одной из которых представлен на рис.11. по полученным кривым определяем объем титранта, пошедшего на титрование анализируемого модельного раствора.

Концентрацию сульфата натрия рассчитываем по формуле:

С Na₂SO_4.=С _{Ва(CH3COO) 2} М Na₂SO₄V_ктт/V_пр.

Результаты определения концентрации сульфата натрия в модельных ваннах крашения кислотным красным представлены в табл. 11, а кислотным антрахиноновым ярко-зеленым в табл.12.

Табл.. 11

V КТТ, мл	5.25	5.30	2.40
C Nа2SO4 ,г/л	7.419	7.489	7.631

Табл.12

V КТТ, мл	5.70	5.80	5.50
C Nа2SO4,г/л	10.14	10.07	9.98

Была проведена математическая обработка результатов определения концентрации сульфата натрия в модельных ваннах крашения кислотными красителями, результаты которой представлены в табл. 11.1 и 12. 1 соответственно.

Табл. 11.1.

С, г/л	n	Sr	δ, г/л	С-δ…….С+δ (Р=0.95)
7.51	3	0.014	0.27	7.24….7.78

Т. к. относительная ошибка определений составляет 2.18%, а t_эксп. < t_табл. (2.566<4.303), результат определения может считаться правильным, а расхождение между средним и действительным значениями обусловлено только случайными погрешностями

Табл. 12.1.

С, г/л	n	Sr	δ, г/л	С-δ…….С+δ (Р=0.95)
10.06	3	0.0065	0.14	9.92….10.20

Поскольку относительная ошибка определений составляет 0.30%, а t_эксп. < t_табл. (2.103<4.303), результат определения может считаться правильным, а расхождение между средним и действительным значениями обусловлено только случайными погрешностями.

3.6. Определения концентрации сульфата натрия в технологических ваннах крашения кислотными красителями методом высокочастотного титрования.

Методика определения концентрации сульфата натрия описана в разделе 3.5.3. Результаты определений сульфата натрия в технологической красильной ванне кислотного красного и их математическая обработка представлены в табл. 13 и табл. 13.1.соответственно.

Результаты определений сульфата натрия в технологической к ванне крашения кислотным антрахиноновым ярко-зеленым и их математическая обработка представлены в табл. 14 и табл. 14.1. соответственно.

Табл.. 13

V КТТ, мл	4.50	4.40	4.60
C Nа2SO4 ,г/л	6.37	6.42	6.28

Табл. 13.1.

С, г/л	n	Sr	δ, г/л	С-δ…….С+δ (Р=0.95)
6.36	3	0.011	0.18	6.18….6.54

Табл.. 14.

V КТТ, мл	6.58	6.65	6.62
C Nа2SO4 ,г/л	11.62	11.74	11.69

Табл. 14.1.

С, г/л	n	Sr	δ, г/л	С-δ…….С+δ (Р=0.95)
11.68	3	0.005	0.16	11.52…..11.84

ВЫВОДЫ

1. Исследование условий определения кислотных красителей в ваннах крашения методом прямой фотометрии показало, что

- определение кислотного красного красителя необходимо проводить со светофильтром, имеющим λ_max=490нм, а кислотного антрахинонового ярко-зеленого со светофильтром при λ_max=590 нм;

• градуировочный график для кислотного красного линеен в интервале концентраций от 0.0048 до 0.0244 г/л и стабилен во времени, градуировочный график для кислотного антрахинонового ярко-зеленого линеен в интервале концентраций от 0.0045 до 0.0224 г/л и также стабилен во времени;

• при определении концентрации кислотного красного и кислотного антрахинонового ярко-зеленого ~ 0.2 г/л пробы необходимо разбавить в 20 и 10 раз соответственно;

• Проверка правильности результатов определений показала отсутствие систематических погрешностей; относительная ошибка определений Δ_отн = 1.31% при определении кислотного красного и Δ_отн=2.23% при определении кислотного антрахинонового ярко-зеленого.

• При определении красителей воспроизводимость можно считать удовлетворительной, т. к. относительное стандартное отклонение S_r<0.0045

1. Исследование условий определения содержания уксусной кислоты в ваннах крашения кислотными красителями методом полуавтоматического потенциометрического титрования показало, что

• при концентрации титранта (раствора гидроксида натрия)~ 0.9моль/л объем пробы титруемого раствора красильной ванны должен составлять 25.00 мл при содержании уксусной кислоты в интервале концентраций от 0.4 до 0.7 г/л;

• автоматическое титрование необходимо проводить до Е=-15 мВ;

• проверка правильности результатов определений показала отсутствие систематических погрешностей, относительная ошибка определений Δ_отн=2.17% при определении кислотного красного и Δ_отн=0.38% при определении кислотного антрахинонового ярко-зеленого.

• воспроизводимость результатов определений можно считать хорошей, т. к. относительное стандартное отклонение S_r=0.026

1. Исследование условий определения содержания сульфата натрия в ваннах крашения кислотными красителями методом высокочастотного титрования показало, что:

• объем пробы титруемого раствора при концентрации тиранта С[Ва(CH₃COO)₂] ~ 0.25 г/л составляет 25.00 мл;

• проверка правильности результатов определений показала отсутствие систематических погрешностей; относительная ошибка определения Δ_отн=2.18% при определении кислотного красного и Δ_отн=0.31% при определении кислотного антрахинонового ярко-зеленого.

• воспроизводимость результатов определений можно считать хорошей, т. к. относительное стандартное отклонение S_r≤0.014.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Булушева Н.Е., Лабораторный практикум по химическим технологиям волокнистых материалов, М.,1986.

2. Быкова Л.Н., Новиков А.В., Чеснокова О.Я., Аналитическая химия, М., МГТУ им. Косыгина,2002.

3. Кричевский Г.Е, Корчагин Н.В., Химические технологии текстильных материалов, М., 1985.

4. Степанов Б.И., Введение в химию и технологию органических красителей, М., Химия, 1977.

5. Методическая разработка к лабораторным работам по курсу “Аналитическая химия”, часть 1 “Электрохимические методы анализа”, М., РИО МГТА,1993.

6. Методическая разработка к лабораторным работам по курсу “Аналитическая химия”, раздел “Контроль загрязнений окружающей среды” под редакцией Быковой Л.Н.. М., РИО МГТА,1992.

7. Методическая разработка к лабораторным работам по курсу “Аналитическая химия”, раздел “Титриметрические методы анализа с физико-химическими способами установления конечной точки титрования” под редакцией Быковой Л.Н.. М., РИО МГТА ,1993.