Калибровка мерной посуды

ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗОВ СРЕДНЕЙ СЛОЖНОСТИ ПО ПРИНЯТОЙ МЕТОДИКЕ БЕЗ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ

Калибровка лабораторной мерной посуды

Мерная посуда (мерные колбы, пипетки и бюретки) для выполнения аналитических и препаративных работ должна быть проверена (калибрована). Эта проверка проводится путем определения массы чистой воды, заполняющей указанный на посуде объем, или воды, вылитой из нее (при определенной температуре). По массе воды и устанавливают вместимость мерной посуды. Ниже приведены пределы погрешностей, допустимые для стеклянной посуды первого класса (ГОСТ 1770-74):

Для посуды второго класса допустимые пределы погрешностей увеличены вдвое.

Проверка вместимости мерной посуды осложняется тем, что объем стеклянной посуды, а также плотность воды изменяются с изменением температуры. Кроме того, взвешивание приходится проводить не в пустоте, а в воздухе. Для приведения объема воды к объему, занимаемому ею при 20°С, пользуются данными табл. 6.1.

Таблица 6.1. Приведение объема воды к объему, занимаемому ею при 20⁰С при указанном давлении

В табл. 6.1 учтены поправки на тепловое расширение воды и стекла посуды, а также на различие плотностей воды и разновеса при взвешивании на воздухе латунным разновесом (средняя плотность латуни 8,4 г/см³). Температура 20°С принята за стандартную температуру в России и в большинстве других стран. Поэтому все объемы и массы путем расчета приводят к этой температуре.

В табл. 6.1 приведена для температуры от 10 до 30°С масса воды в граммах, которая при 20°С занимает в стеклянной посуде объем точно 1000 мл. Дистиллированную воду для проверки калибровки посуды выдерживают не менее 1 ч вместе с посудой в комнате, где будут проводить взвешивание, для того чтобы вода и посуда приняли температуру окружающего воздуха.

Если атмосферное давление не совпадает с табличными данными, а имеет какое-либо промежуточное значение, то берут наиболее близкое его значение. Ошибка в измерении температуры на 1°С приводит к ошибке в определении вместимости сосуда примерно на 0,02%.

Пипетки

Правильное и всегда одинаковое измерение объема пипеткой зависит от способа выливания из нее жидкости. Как при проверке пипетки, так и в процессе работы необходимо всегда применять один и тот же способ выливания жидкости из нее. Для проверки вместимости пипетки набирают в нее воду до метки и сливают ее указанным способом во взвешенный бюкс с крышкой, закрывают бюкс и взвешивают его с точностью до 0,001 г. Температуру воды принимают равной температуре воздуха. Проводят не менее трех взвешиваний и находят среднее.

По табл. 6.1 находят массу, которую должна иметь вода в указанном на пипетке объеме (номинальном) при данной температуре и атмосферном давлении. Разность между табличной и фактической массой воды указывает, насколько фактическая вместимость пипетки отклоняется от номинальной.

Пример

Номинальная вместимость пипетки 25,0 мл. Температура воздуха и воды 23 °С, атмосферное давление 989 гПа (742 мм рт. ст.). Средняя масса наполнившей пипетку воды оказалась равной 24,884 г, а по таблице масса воды должна составлять 996,64 – 25 : 1000 = 24,916 г. Разность в массе составляет 24,916 — 24,884 = 0,032 г. Фактический объем проверяемой пипетки меньше номинального на 0,032 мл, т.е. он равен 25,00 — 0,032 = 24,968 мл.

Вычисление можно сделать и иначе, а именно поделить найденную массу воды в объеме пипетки (24,884 г) на массу воды, отвечающей вместимости в 1 мл при данных условиях. Эта масса составляет 0,001 от табличного значения 996,64, т.е. равна 0,99664. Объем пипетки будет 24,884: 0,99664 = 24,968 мл. Эту величину и следует учитывать в расчетах при пользовании данной пипеткой (округление 24,97 мл).

Бюретки

Вместимость бюретки проверяют с интервалом в 5,0 или 10,00 мл. Взвешивание в бюретке воды с точностью до 0,001 г проводят, как при проверке пипетки. Делают не менее трех определений, среднее значение округляют до сотых долей грамма. Все интервалы объемов измеряют от «0» (нуля) бюретки.

Пример

Проведена проверка вместимости бюретки 50,0 мл через каждые 10,0 мл при 23°С и давлении 989 гПа (742 мм рт. ст.). Полученные результаты записывают в виде таблицы, аналогичной, например, табл. 6.2.

Таблица 6.2. Результаты проверки калибровки бюретки

Для интервала 0,00-10,00 мл средняя масса из трех взвешиваний оказалась равной 9,98 г, в то время как масса в этом интервале (10,00 мл) должна быть равна (ожидаемая масса) 996,64 * 10,00 : 1000 = 9,9664 г, округленно 9,97 г. Следовательно, фактический объем бюретки в этом интервале больше номинального на 9,98 — 9,97 = 0,01 мл.

При пользовании бюреткой в получаемые отсчеты вносят поправки в соответствии с результатами поверочной калибровки или поправочной кривой, вычерченной по полученным данным.

Мерные колбы

Вычисляют массу, которую должна иметь вода в объеме мерной колбы при данных условиях. Затем на чашку химических лабораторных весов помещают вымытую и высушенную колбу и разновес, соответствующий вычисленной массе воды в объеме колбы, и уравновешивают весы дробью или другим разновесом. Затем убирают разновес и наливают в колбу воды до метки. Если после этого чашки весов окажутся в равновесии, колба калибрована правильно. Если равновесие будет нарушено, то добавляют или убирают разновес до уравновешивания чашек весов. Прибавленная или снятая масса разновесов является поправкой при определении номинальной вместимости колбы.

Пример

Масса воды в объеме мерной колбы вместимостью 250 мл при температуре 23 °С и атмосферном давлении 989 гПа (742 мм рт. ст.) должна быть 996,64 – 250 : 1000 = 249,16 г. Фактически она оказалась больше на 0,10 г. Следовательно, вместимость мерной колбы равна 250,00 + 0,10 = 250,10 мл.

Проверка калиброванной посуды

Всякую калиброванную посуду (пипетки, бюретки, мерные колбы и пр.) перед употреблением необходимо проверить. Иногда вследствие неодинакового внутреннего диаметра бюретки по всей длине или неравномерной толщины стенок пипеток, или же вследствие ошибок на фабрике, изготовляющей калиброванную посуду, показания последней не соответствуют действительным емкостям.

Перед проверкой пипетки, бюретки, мерные колбы или другую калиброванную посуду или приборы следует тщательно вымыть, особенно следя за тем, чтобы внутри не было следов жирных.

Тщательность мытья имеет особо важное значение, так как только в этом случае можно быть уверенным в точности проверки и результатах ее.

Для проверки тщательно вымытую пипетку наполняют до метки дистиллированной водой, затем выливают воду в заранее взвешенный на технохимических весах сосуд. Взвешивание проводят с точностью, соответствующей емкости пипетки, так чтобы ошибка при взвешивании не превышала 0,1% от массы воды в объеме пипетки.

При работе с калиброванными пипетками выливать из них растворы следует так же, как это делали при калибровании.

Проверка пипетки должна проводиться при той температуре, которая указана на пипетке. Если же этого достичь нельзя, вносят поправку на температуру воды.

Пример. Проверку пипетки емкостью 10 мл проводят при 15° С. Объем воды в пипетке (до метки) имеет массу 9,93 г. Для того чтобы определить объем, соответствующий этому количеству воды, нужно знать плотность ее прн температуре опыта, т. е. при 150C1 или же знать удельный объем воды при той же температуре. В первом случае найденную массу делят па плотность, а во втором случае массу умножают на удельный объем. По соответствующим таблицам устанавливают, что удельный объем воды при 150C равен 1,00087 мл/г.

Таким образом, емкость измеряемой пипетки определяют как результат умножения:

9,93 * 1,0009 = 9,94 мл

Следовательно, фактический объем воды, отбираемой пипеткой, отличается от номинального на

10,00 – 9,94 = 0,06 мл

(0,06*100)/10,00 = 0,6%

т. е. выходит за пределы допустимых ошибок.

Если погрешность выходит за пределы ошибок, допустимых при химических анализах, то пипетку необходимо поправить. Последнюю можно провести двояким путем.

• Зная истинный объем жидкости, отбираемый пипеткой, вводят эту величину в расчеты при всех анализах, когда приходится работать с данной пипеткой, т. е. в приведенном случае принимают объем отобранной жидкости равным не 10,00, а 9,94 мл. Конечно, все расчеты при этом усложняются;

• На пипетке наносят новую метку на такой высоте, чтобы при отборе жидкости (руководствуясь новой меткой) емкость пипетки была равна точно 10,00 мл.

Место новой метки можно найти путем расчета, зная диаметр трубки пипетки.

Объем жидкости V в мл, которую нужно добавить в пипетку, находят по формуле:

где

d – диаметр трубки, мм;

h – высота добавляемого столбика жидкости, мм.

В приведенном случае, где диаметр трубки пипетки равен 4 мм,

V = (3,14 * ,16) / 4h = 0,06 мл

h = 5 мм

Таким образом, метку нужно поставить на 5 мм выше имеющейся.

Нанести новую метку можно также следующим образом. Делают немного выше имеющейся на пипетке метки наклейку из бумаги, на которой нанесены тонкие черные линии; далее путем многократного взвешивания воды, наливаемой до различных уровней (линий на бумаге), подбирают нужный объем. На найденном уровне делают новую метку напильником или фтористоводородной кислотой.

Подобным же образом проверяют мерные колбы.

Несколько сложнее проверка бюреток: у них вначале проверяют весь объем вмещаемой жидкости от 0 до 25 или 50 мл в зависимости от емкости бюретки. После этого объем проверяют или через каждый миллилитр, или через 5 мл *. Для точной калибровки лучше проверять каждый миллилитр.

Руководствуясь таблицами плотности воды, определяют точный объем для каждого деления. Так как сделать перекалибровку бюретки самому трудно, нужно составить таблицу поправок и при титровании пользоваться ею. Хотя калибровка бюреток — хлопотливое дело, но ее необходимо провести. В начале работы в лаборатории это дает определенные навыки и приучает к точности — залогу успеха в химической работе.

Объем (или вместимость) в титриметрическом анализе измеряется в литрах (л) или миллилитрах (мл). 1 л = 0,001 м³ = 1 дм³ (точно), 1 мл = 0,001 л=1 см³ (точно). В титриметрическом анализе для измерения объемов применяют мерные колбы, пипетки и бюретки.

Мерные колбы

Представляют собой круглые плоскодонные сосуды с узким длинным горлом (шейкой). На горле колбы имеется кольцевая метка, до которой и наполняют колбу для получения обозначенного на ней объема. Узкое горло колбы обеспечивает более точное измерение объема. На колбе указывается ее вместимость и температура (обычно 20 °С), при которой эта вместимость измерена.

Мерные колбы служат для приготовления растворов определенной концентрации и для измерения объемов растворов. Мерные колбы бывают вместимостью от 25 до 2000 мл без пробок (закрываются резиновыми пробками) и с притертыми пробками (стеклянными или пластмассовыми).

Изготовляют также полиэтиленовые мерные колбы. Перед использованием мерные колбы тщательно моют, применяя моющие средства (хромовую смесь, щелочной раствор перманганата калия и т.д.) или пропаривание в течение 1 ч.

Для приготовления раствора точной концентрации навеску вещества через воронку с укороченной трубкой пересыпают в колбу, хорошо омывают водой (или соответствующим растворителем) часовое стекло, на котором производилось взвешивание, и воронку. Наполняют колбу на 1/2 или 2/3 вместимости водой (растворителем) и взбалтывают содержимое колбы круговым движением до полного растворения навески вещества. Затем колбу наполняют растворителем до метки. Последние 1-2 мл растворителя прибавляют по каплям, лучше всего из пипетки с резиновым колпачком, из капельницы или из промывалки. Прибавляют до тех пор, пока вогнутый мениск своей нижней частью не будет сливаться с линией метки (рис. 6.1); глаз наблюдателя должен находиться на одном уровне с меткой. При этом брать колбу в руки рекомендуется только за горло выше метки, чтобы колба (и раствор) не нагревались от рук. Доведя объем раствора до метки, ее плотно закрывают пробкой и перемешивают раствор, непременно перевертывая колбу вверх дном.

Рисунок 87. Наблюдение за правильностью установки мениска

Нельзя приготовленные растворы (особенно щелочные) длительное время хранить в мерных колбах. Нагревать растворы в мерных колбах можно только на водяной бане.

Пипетки

Пипетки предназначаются для отмеривания небольших объемов растворов, для перенесения определенного объема жидкости из одного сосуда в другой. На пипетке указывается ее вместимость в миллилитрах и температура (обычно 20°С), при которой эта вместимость измерена. Выпускаются пипетки различной вместимости от 1 до 200 мл.

Бывают измерительные градуированные цилиндрические пипетки (рис. 6.2, а) вместимостью от 1 до 25 мл с градуировкой шкалы 0,1 или 0,01 мл и простые. Простая пипетка представляет собой длинную узкую стеклянную трубку с расширением в средней части (рис. 6.2, б). Нижний конец трубки оттянут, на верхней части трубки имеется кольцевая метка. Узкая трубка обеспечивает точное измерение объема жидкости. Выпускаются также пипетки специального назначения, например для отбора серной кислоты с предохранительным шариком над меткой на верхней части пипетки.

Рисунок 6.2. Пипетки: а) градуированная цилиндрическая; б) простая; в) штатив с пипетками

Пипетка должна быть абсолютно чистой. При выливании жидкости из нее на внутренних стенках не должно оставаться капель, так как это ведет к большому искажению измерений объема. Жидкость должна равномерно смачивать стенки пипетки. Моют пипетки, погружая их в высокий сосуд с хромовой смесью на некоторое время сначала одним концом, затем другим. После этого хромовую смесь смывают водопроводной водой и ополаскивают пипетку струей дистиллированной воды из промывалки. Снаружи пипетку вытирают насухо полотенцем. Чистые пипетки хранят в специальном штативе или в высоком цилиндре, на дно которого кладут листок фильтровальной бумаги. Верхний конец пипетки закрывают стеклянным или бумажным колпачком.

Перед употреблением пипетки ополаскивают тем раствором, которым предполагается их наполнять. Для этого часть раствора наливают в стакан и из него отбирают в пипетку немного раствора, ополаскивают им внутренние стенки пипетки, вращая ее в горизонтальном положении.

Для отбора жидкости пипетку правой рукой берут за верхнюю часть (избегая прикосновения к средней расширенной части ее) и глубоко погружают нижний конец пипетки в раствор. Левой рукой придерживают сосуд, из которого отбирают жидкость и ртом всасывают жидкость в пипетку так, чтобы уровень в ней оказался на 2-3 см выше метки. Прекратив засасывание жидкости, быстро закрывают верхнее отверстие пипетки указательным пальцем, чтобы жидкость не выливалась из пипетки. Палец предварительно слегка увлажняют водой. Закрытую пальцем пипетку держат так, чтобы метка находилась на уровне глаз. Слегка ослабляя нажим пальца на отверстие пипетки, спускают избыток жидкости до тех пор, пока мениск не достигнет метки. Когда мениск коснется метки, отверстие пипетки плотно закрывают, усиливая нажим пальца, затем переносят содержимое пипетки в колбу или в стакан.

Для выливания раствора из пипетки кончик ее прислоняют к стенке стакана (или колбы), а пипетку держат вертикально. Когда истечение раствора закончится, не отрывают кончика пипетки от стенки сосуда в течение 5 с, отсчитывая про себя «двадцать один, двадцать два» и т.д. до двадцати пяти. Затем вынимают пипетку, при этом не стряхивают и не выдувают из пипетки последней капли раствора, удерживаемой капиллярными силами. При всех работах с пипеткой пользуются одним и тем же приемом наполнения пипетки и выливания раствора из нее.

Для засасывания в пипетку легколетучих или ядовитых жидкостей пользуются резиновой грушей или водоструйным насосом. К водоструйному насосу (через предохранительную склянку Вульфа) присоединяют пипетку резиновой трубкой длиной около 10 см. После засасывания жидкости выше метки резиновую трубку над концом пипетки сгибают под прямым углом, герметично закрывая пипетку, и отъединяют водоструйный насос. Изменяя нажим на сгиб трубки, осторожно спускают жидкость до метки. После работы пипетку немедленно моют водой, ополаскивают дистиллированной водой и сушат в штативе (рис. 6.2, в).

При вместимости пипетки 20 мл объем одной капли (примерно 0,05 мл) составляет около (0,05-100)/20 = 0,25%. Поэтому необходимо самым тщательным образом следить, чтобы на внутренних стенках пипетки не оставалось ни одной капли раствора. Если такие капли обнаружены, пипетку снова тщательно моют.

Бюретки

Бюретка служит для титрования; представляет собой длинную цилиндрическую стеклянную трубку, градуированную по длине на миллилитры и их десятые доли. Нижний конец трубки сужен и снабжен прямым или боковым краном (рис. 6.3). Обычные бюретки бывают вместимостью 25-50 мл. Отсчет по бюретке ведут до сотых долей миллилитра, производя деление десятой доли миллилитра на глаз. Результаты титрований в лабораторном журнале записывают с двумя знаками после запятой (например, 24,98 мл, а не 25,0 или 25 мл). Отсчет объема бесцветного раствора проводят по нижней части мениска, окрашенного по верхнему краю его.

Для измерения малых объемов в микрометоде применяют микробюретки Банга с прямым или боковым краном (рис. 6.4). Бюретки с боковым краном укрепляются в деревянном штативе. Вместимость их бывает от 1 до 10 мл с градуировкой до 0,01 или 0,001 мл; отсчет по ним проводится до 0,001 мл.

Рисунок 6.3. Бюретки с одноходовым прямым (а) и боковым (б) клапанами

Рисунок 6.4. Микробюретки Банга: а) с прямым; б) с боковым краном

Перед применением бюретку тщательно моют. Можно быстро вымыть бюретку, применяя смесь концентрированной серной кислоты с пероксидом водорода. В бюретку наливают 5-10 мл концентрированной H₂SO₄ и 1-2 мл 30%-ной H₂O₂. Перемешав смесь взбалтыванием, смачивают ею стенки бюретки, наклоняя и поворачивая бюретку над раковиной. Смесь в бюретке разогревается и хорошо отмывает стенки. Обработав бюретку, смесь выливают, а бюретку моют водой. Бюретку моют также водой с мылом или с содой, используя ерш на длинном стержне. Проволочную ручку ерша нужно обернуть бумагой или надеть на нее тонкую резиновую трубку, чтобы она не царапала края и стенки бюретки.

Кран бюретки вынимают из обоймы и тщательно протирают фильтровальной бумагой от влаги и от старой смазки. Обойму крана протирают свернутой в трубку фильтровальной бумагой. Кран равномерно смазывают тонким слоем вазелина или специальной смазки. Места вокруг отверстия оставляют несмазанными. Кран вставляют в обойму и, поворачивая его, «притирают», пока слой смазки не станет совершенно прозрачным. В бюретках производства Германии и Чехии кран закреплен в обойме пластмассовой шайбой, такие краны не разбирают и не смазывают.

Нельзя из грязной посуды переливать растворы в бюретку, нельзя обильно смазывать кран бюретки вазелином. Нельзя закрывать отверстие бюретки пальцем во время мытья. Все это ведет к загрязнению стенок бюретки жиром. Если во время работы замечено, что на стенках бюретки остаются капли раствора, то необходимо снова тщательно вымыть бюретку.

Для работы бюретку укрепляют в лапке штатива в строго вертикальном положении. Если после мытья бюретки нужно сразу же приступить к титрованию, бюретку дважды споласкивают небольшими порциями того раствора, которым намерены титровать.

Наполняют бюретку раствором через небольшую чистую и сухую воронку; после наполнения бюретки воронку сразу же убирают; оставлять ее в бюретке нельзя. Бюретку всякий раз наполняют выше нуля. Нижний оттянутый конец бюретки должен быть заполнен раствором. Для удаления из него пузырьков воздуха после наполнения бюретки открывают кран и сливают сильной струей часть раствора. Если таким образом не удается удалить воздух из конца бюретки, конец ее опускают в стакан с раствором, открывают кран и засасывают немного раствора. При этом пузырек воздуха всплывает, кран закрывают и наполняют бюретку как обычно. Бюретку устанавливают на нуль, после того как убедятся, что в ней не осталось пузырьков воздуха.

После работы раствор выливают из бюретки. Для промывания бюретку дважды наполняют доверху дистиллированной водой и сливают ее. При хранении бюретку наполняют водой и накрывают стеклянным колпачком или пробиркой. Можно также хранить бюретку пустой и сухой, закрыв ее сверху от пыли.

При отсчете глаз наблюдателя должен находиться точно на уровне нижнего края мениска. Чтобы при отсчете мениск был отчетливо виден и имел всегда один и тот же вид, наблюдения ведут на фоне черного экрана. В качестве экрана можно использовать разрезанный вдоль кусочек резиновой трубки длиной около 2 см, который надевают на бюретку (рис. 6.5). Для этой же цели иногда на сторону, противоположную шкале бюретки, наносят белую или цветную полоску вдоль бюретки.

Рисунок 6.5. Отсчет по бюретке с резиновой трубкой (жидкость прозрачная). Отсчитывают по нижней части мениска

Рисунок 6.6. Отсчет по бюретке при различных положениях глаз

Ошибки в отсчетах по бюретке являются главным источником ошибок в титриметрическом анализе. Особенно часто подобные ошибки допускают начинающие химики, занимая неправильное положение при отсчете (рис. 6.6). Относительная ошибка отсчета, вместо допустимого значения 0,1%, может достигнуть 0,3% или даже 0,5%.

При каждом титровании обязательно нужно устанавливать уровень жидкости в бюретке на нуль. Для получения более точных результатов необходимо, чтобы объем затраченного на титрование раствора не превышал вместимости бюретки и вместе с тем не был слишком мал (не менее 10 мл). Если отсчитываемый объем превышает вместимость бюретки, то возникает необходимость провести два отсчета и соответственно получить две ошибки. Если объем слишком мал, то относительная ошибка измерения составляет слишком большую часть от измеряемой величины. Если ошибка отсчета составляет 0,02 мл, то при объеме в 20 мл относительная ошибка составляет 0,02 — 100: 20 = 0,1%, а при объеме в 2 мл она уже составляет 0,02 — 100: 2 = 11%.

Автоматические бюретки (рис. 6.7). Выпускаются вместе с бутылью для хранения титрованного раствора. К бутыли бюретка присоединяется на шлифе или с помощью резиновой пробки с отверстием. Вместимость бутыли 2-3 л, вместимость бюреток от 1 до 25 мл или от 10 до 100 мл. Раствор из бутыли нагнетается воздухом с помощью резиновой груши. Нуль на бюретке, показанной на рис. 6.7, а и в, устанавливается автоматически.

Рисунок 6.7. Бюретки, заполняемые до «0» автоматически: а) с прямым; б) с боковым креплением бюретки на бутыли; в) с боковым краном

Микробюретка Гибшера вместимостью 2 мл со склянкой и резиновой грушей показана на рис. 6.8.

Рисунок 6.8. Микробюретки Гибшера: а) с верхним сосудом для титранта; б и в) – со склянками для титранта

Очень удобны бюретки вместимостью 5-10 мл с верхним закрытым резервуаром (рис. 6.9). Раствор заливается в резервуар не выше конца внутренней трубки 3. Открыв кран 8, спускают раствор из резервуара 2 в бюретку; нуль устанавливают тем же краном. Положения крана см. на рис. 6.9, а, б, в. Бюретка укрепляется в обычном штативе.

Рисунок 6.9. Автоматическая полумикробюретка: а) кран закрыт; б и в) положения крана при заполнении бюретки и при титрировании соответственно

Титровальные установки

В крупных лабораториях, где расходуются большие количества титрованных растворов одних и тех же веществ, применяют бутыли большой вместимостью (5-10 л) для хранения растворов. Эти бутыли с растворами располагают на полке над титровальным столом. К каждой бутыли присоединяют отдельную бюретку с помощью стеклянной трубки с краном. Трубку к бюретке подводят от бутыли через нижний тубус или через горло бутыли сифоном. Бутыль закрывают пробкой с хлоркальциевой трубкой, заполненной натронной известью, для защиты от CO₂ из воздуха. Для этой цели очень удобны бюретки с нижним боковым отростком, имеющим кран.

Установка для титрования УТ (рис. 6.10) представляет собой стол 1, в шкафу которого расположены склянки с титрованными растворами 15, установленными на поддонах 16. Для очистки воздуха, поступающего в склянки с титрантами, имеются блоки 13 и 14.

Рисунок 6.10. Установка для титрирования УТ

Точная установка стола достигается с помощью регулировочных винтов 2. На крышке стола размещены держатели 10 для бюреток и кронштейны 4 для закрепления магнитных мешалок 3. Магнитные мешалки размещаются на шариковых опорах 11 и могут перемещаться по радиусу вокруг осей кронштейнов. На передней панели стола закреплены резиновые емкости 12, предназначенные для создания избыточного давления в склянках с титрованными растворами.

Бюретки 8 вместимостью 10, 25 и 50 мл снабжены кранами с фторопластовыми пробками и хлоркальциевыми трубками 7. Осветитель 5 состоит из четырех ламп дневного света, которые создают фон и служат для освещения. На кронштейне 6 две лампы освещают шкалу бюреток. Стеклянная полка 9 служит для хранения вспомогательных средств (капельниц с растворами индикаторов, пипеток, колб и т.п.).

Для проведения титрования с помощью резиновых емкостей создают избыточное давление в склянках с растворами и заполняют бюретку титрантом. Колбу с титруемым раствором ставят на магнитную мешалку и опускают в нее постоянный магнит, запаянный в стеклянную ампулу. Включают магнитную мешалку и освещение и проводят титрование.

На установке УТ можно работать с агрессивными жидкостями, поскольку открытых поверхностей растворов в этой установке нет, т.е. весь рабочий путь раствора ограничен стеклянными емкостями. Цена делений бюреток: 10 мл — 0,02 мл; 25 мл — 0,05 мл; 50 мл — 0,1 мл. Повышению точности анализа на этой установке способствует сохранению химической чистоты титруемых веществ, возможность осушения воздуха перед поступлением его в систему. Весь процесс титрования подвергается визуальному контролю.

Для хранения растворов сильных восстановителей собирают специальную установку, где бюретка соединена с бутылью сифоном и раствор находится в атмосфере химически инертного газа (рис. 6.11). Установка должна быть собрана герметично. После наполнения склянки 1 раствором восстановителя открывают кран бюретки и пропускают медленный ток CO₂ (или H₂) из аппарата Киппа в течение 1 ч для вытеснения воздуха из всей установки. Кран бюретки закрывают и дают раствору стоять 2-3 дня. Перед титрованием снова пропускают ток CO₂ через бюретку в течение 15 мин. Бюретку наполняют раствором через кран 2. Пространство над раствором в склянке и бюретке заполняют CO₂ или H₂, поступающим из аппарата Киппа 3. Кран аппарата Киппа всегда открыт.

Рисунок 6.11. Установка для хранения растворов сильных восстановителей: 1 – склянка для запасного раствора; 2 – кран на сифоне, соединяющем бюретку со склянкой; 3 – аппарат Киппа

Рисунок 6.12. Установка для титрирования раствором трехвалентного титана

Иногда для восстановления и титрования растворами трехвалентного титана (а также для хранения) используют установку, созданную Н. X. Пинчуком. Установка включает трехгорлую склянку темного стекла 1 (рис. 6.12) вместимостью 500-800 мл. Можно использовать склянку из обычного стекла, покрытую черным лаком или оклеенную черной бумагой. Со склянкой соединены: делительная воронка 5 вместимостью 300-500 мл; обычная склянка 7 для титранта вместимостью 2-3 л; бюретка 2 с боковым краном и припаянным вверху отростком для выхода газов при наполнении бюретки; сифон 4 диаметром не более 2-3 мм; клапан Бунзена 8, заключенный в стеклянную трубку, которая закрывается резиновой пробкой. При восстановлении раствора титана и при наполнении бюретки трубку открывают. Отдельные части установки соединены между собой с помощью хорошо пригнанных резиновых пробок и резиновых трубок, стеклянные трубки соединяются встык. Пробки в местах соединений со стеклом покрываются сплавом воска и канифоли (1:1). Краны чистятся бензином и смазываются вазелином.

Перед заполнением воронки восстановителем (цинком или кадмием) на дно ее опускают несколько стеклянных бусинок, а затем кладут немного стеклянной ваты; после этого заполняют воронку гранулами цинка или кристаллами электролитического кадмия почти до горлышка. Когда установка собрана, из нее удаляют воздух длительным пропусканием (30-40 мин) диоксида углерода или водорода через кран 12, а выпускают газ периодически либо через клапан Бунзена 8, либо через кран бюретки 13. При пропускании газа через бюретку трубку клапана 8 на это время плотно закрывают резиновой пробкой.

Трубку, через которую подается в воронку раствор титана, сначала заполняют этим раствором, создавая некоторое давление в бутыли 7. Раствор поступает в воронку самотеком при ослаблении зажима 6. Если раствор не поступает в воронку, то к короткой стеклянной трубке в пробке склянки 7 присоединяют резиновую грушу и с ее помощью заполняют воронку на 3/4 вместимости. Не следует заливать воронку полностью, так как объем раствора в воронке несколько увеличивается в результате выделения водорода при восстановлении, и тогда раствором заполняется тройник 9, чего не следует допускать. Для сливания восстановленного раствора титана в склянку 1 открывают краны 3 и 10. После этого стандартизируют раствор титана как обычно.

Для заполнения бюретки раствором титана закрывают краны 3 и 10 и открывают кран 11, склянку 16 поднимают выше уровня сифона и ослабляют зажим 15. Вода из склянки поступает в склянку 14 и вытесняет находящийся там газ, который переходит в склянку 1, создавая там некоторое давление, в результате чего заполняется сифон, а затем и бюретка. После наполнения бюретки быстро закрывают кран 11 и открывают кран 10, а затем закрывают зажим 15. Для удаления излишка воды из склянки 14 воду переводят в поставленную ниже склянку 16, пропуская диоксид углерода через кран 12. Во время титрования кран 10 должен быть открыт. Вся установка с помощью металлических лапок монтируется на железном лабораторном штативе.

Наиболее важно знание средств измерений и умение ими пользоваться.

Определение массы технически может проводиться двояко: по массе (взвешиванием) и по объему (отмериванием).

Измерение массы вещества

Для измерения массы тел служат приборы, называемые весами.

Весы – универсальный прибор, который используется для определения массы сыпучих и жидких веществ, или предметов. В зависимости от сферы применения к взвешивающим приборам предъявляют различные требования. Для определения массы продуктов в магазине используют аппараты небольшого класса точности, а в испытательных лабораториях и ювелирных мастерских, нужны более точные измерительные приборы. 

Лабораторные весы согласно принципу работы разделяют на:

• механические;

• электронные.

Механические лабораторные весы сняли с производства. Продолжительный процесс измерения массы и несоответствие установленным требованиям, привели к нецелесообразности изготовления таких аппаратов. Несмотря на это, некоторые лаборатории продолжают эксплуатировать измерительную технику марки «ВЛР», производства «Госметр». Определение массы на равноплечих весах «ВЛР» длительное, поэтому данная марка не используется в экспресс-лабораториях. К тому же, измерительные приборы электронного типа более простые в управлении и имеют множество полезных функций.

Рисунок 6.12. Лабораторные весы

Классификация весов в зависимости от класса точности:

• аналитические. Данный вид лабораторного оборудования и приборов используется для определения массы предмета с точностью до четвертого или пятого знака после запятой (1,2 класс точности). Обычно погрешность измерения на аналитических весах составляет 0,0002 грамма;

• весы 3,4 класса точности (третий знак после запятой);

• технические (средний класс точности). Такое лабораторное оборудование позволяет измерять массу с точностью до одной десятой грамма.

Нет смысла приобретать аналитические весы, если при проведении испытаний не требуется высоких показателей сходимости и воспроизводимости. Чаще всего для выяснения требуемой точности определения пользуются нормативной документацией на метод анализа. Если в ГОСТе или ТУ указывается точность взятия образца пробы до одного грамма, это значит, что для измерения массы вполне достаточно технических весов марок «ВК», «ВЛТЭ», «Сарториус» производителей «Масса-К», «Госметр» и «Сартогосм».

Сфера использования технических весов

Технические весы применяют в химической, металлургической, пищевой промышленности, а также в экологических лабораториях. Одним из достоинств такой измерительной техники является ее универсальность. Применяя данное лабораторное оборудование и приборы можно взвешивать горячие вещества, предварительно установив на платформу прибора подставку. Именно на таких приборах проводят измерение массы горячих противней с коксом при определении массовой доли общей влаги твердого топлива. Технические весы применяют для выяснения массы исследуемого образца при проведении испытаний влажности грунта, песка, шлаков, а также при определении гранулометрического состава сыпучих материалов.

Иностранными лидерами, изготавливающими измерительное лабораторное оборудования и приборы, являются компании «Mettler» и «AXIS». Лабораторные весы отечественного производства имеют низкую стоимость, а качество не уступает иностранным аналогам. Отечественные производители «Масса-К», «Сартогосм», «Госметр», изготавливают целый рад измерительных приборов с точностью взвешивания до 0,1 грамма, к ним относятся изделия марок «ВК» и «ВЛТЭ». 

Для взвешивания в условиях вибрации и небольшой скорости воздуха, в комплекте весов компании «Масса-К», марки «ВК» имеется ветрозащитный экран. Это позволяет минимизировать влияние ветра на результаты измерения. Измерительные приборы марок «ВЛ» и «ВЛТЭ» достаточно просты в эксплуатации, так как оснащены сенсорной панелью управления. Съемные чашки и платформы легко моются, поэтому даже работа с нефтепродуктами и угольными концентратами не повлияет на работу весов. Подготавливать измерительное оборудование марки «ВЛТЭ» к работе совсем просто. Для этого достаточно отцентрировать прибор с помощью вращающихся ножек и запустить автоматическую калибровку.

Область применения аналитических весов

Аналитические весы – измерительное лабораторное оборудование, применяемое с целью выяснения массы сыпучих или жидких реактивов с очень высокой точностью. На таких аппаратах ни в коем случае нельзя взвешивать горячие вещества. Исключением является изделие производства «Госметр» марки «ВЛР». В данном случае горячая проба прикасается к чашкам аппарата и не влияет на точность метода. Стол, на котором устанавливается лабораторное оборудование, должен быть неподвижным и устойчивым, так как колебания и вибрация увеличивают погрешность измерения. Для нивелирования влияния воздушных потоков аналитические весы имеют стеклянную камеру (витрину), внутри которой находится чаша для проведения замеров.

Сфера применения аналитических весов:

• в химических лабораториях. Для взятия пробы с целью приготовления титровальных растворов;

• в медицинских учреждения. Для взвешивания веществ при приготовлении дезинфицирующих растворов;

• на производстве. При проведении испытаний гравиметрическими методами анализа;

• в экологических службах. С целью контроля чистоты грунта и воды;

• в испытательных центрах пищевых производств. В процессе проведении испытаний по определению кислотности хлебобулочных изделий и кисломолочной продукции;

• в ювелирных мастерских. Для работы с драгоценными камнями и металлами;

• в криминалистических службах. Для определения степени отравления;

• в наркологических диспансерах. С целью подтверждения или опровержения факта опьянения.

Преимущества современных измерительных приборов и их изготовители

Современное лабораторное оборудование и приборы полностью автоматизированы, поэтому проведение калибровки и юстировки осуществляется с минимальным участием оператора. Автоматическая настройка осуществляется посредством встроенной калибровочной гири, поэтому даже частые перемещения приборов не отразятся на их работе. Самые современные аналитические весы изготавливает российско-германское совместное предприятие, которое объединило в своем составе российский «Сартогосм» и германский «Сарториус». Измерительные приборы «Сарториус» оснащены специальным интерфейсом, который позволяет подключить прибор к ПК. Данная функция является незаменимой в условиях работы экспресс-лабораторий, для максимальной экономии времени. Теперь не нужно записывать результаты взвешивания, ведь программное обеспечение запоминает и сохраняет данные, которые необходимо всего лишь распечатать. Измерительные аппараты «Сарториус» CPA 224S-0CE отлично работают в тандеме с анализатором серы и углерода. Это позволяет вносить значения навесок в специальную программу, которая самостоятельно рассчитывает и выдает конечные результаты значений серы и углерода. Погрешность, вносимая оператором в процессе проведения измерений, является минимальной.

Дозирование жидкостей по объему

Жидкие формы (растворы и др.) составляют около 60% общего объема лабораторных исследований. Конечно, проводя анализ жидких форм, дистиллированную воду можно отвесить в указанном количестве, но значительно проще и быстрее ее отмерить, поскольку масса 1 мл воды при комнатной температуре практически равна 1 г. Помимо дистиллированной воды, лаборант оперирует со многими другими жидкостями, для которых отмеривание, как метод определения массы, является логичной производственной операцией. Однако в этом случае необходимо знать плотность отмериваемых жидкостей. Пользуясь простой зависимостью между массой (Р), объемом (F) и плотностью жидкости (d):

можно рассчитать, сколько миллилитров жидкости нужно отмерить, чтобы получить требуемую массу. Например, в линимент нужно ввести 60 г хлороформа. Его плотность 1,5. Следовательно, разделив 60 на 1,5, получим 40, иначе говоря, нужно отмерить 40 мл хлороформа.

Для отмеривания жидкостей и приготовления растворов с требуемой концентрацией веществ в практике применяют стеклянную мерную посуду, градуированную в миллилитрах и отвечающую по точности градуирования установленным стандартам. Различают:

• мерные колбы разной вместимости, имеющие метку на горлышке;

• мерные цилиндры (цилиндрические сосуды) и мензурки (конические сосуды);

• пипетки с меткой на определенную вместимость или градуированные;

• бюретки.

Мерные цилиндры и мензурки не могут применяться для отмеривания вязких жидкостей (глицерин, сиропы, жирные масла), поскольку не может быть обеспечен полный их слив.

Объемный метод работы по сравнению с весовым имеет заметные преимущества во времени.