2.2 Химиялық және физикалық анализ әдістері

Жүйенің тепе-теңдігін анықтау

Жүйенің тепе-теңдік күйі сыну көрсеткішінің, тығыздықтың, сутектік көрсеткіштің тұрақтылығы арқылы анықталды.

Сұйық фазаның сыну көрсеткіші Аббе ИГФ-22 рефрактометрінде изотермиялық жағдайда анықталды. Анықтау дәлдігі 10^-3. Сыну көрсеткішін зерттеліп отырған ерітіндінің бір-екі тамшысын алдын-ала спирт немесе эфирмен сүртіп тазартылған призманың бетіне тамызып, жарық түсірілген призманың қақпағын жауып жарық және қараңғы аймақтарының шекарасының белгісін анықтап көрсетілген мәнді анықтайды //.

Сұйық фазаның сутектік көрсеткіші 340 рН-метрінде микро өлшем үшін электролиттік контактіде болатын арнайы шыны электродтпен жүргізілді. Өлшеу дәлдігі үтірден кейінгі екінші мәнге дейін.

Сұйық фазаның тығыздығы пикнометрлік әдіспен анықталды //.

Химиялық анализ әдістері

Зерттеу жұмысында бор, магний, кальций, натрий, литий, мырыш, қорғасын, элементтерінің иондары мен оксидтеріне сапалық анализ жасалынды.

Борды анықтау: бор көлемдік титрлеу әдісі арқылы анықталды. Бор қышқылы тек бір негізді қышқыл ретінде ғана титрленеді, бейтараптағанда Na₂B₄O₇ немесе Na₃BO₃ сияқты тұздары түзілмейді. Бейтараптану реакциясы мына теңдеу бойынша жүргізіледі

Н₃BO₃ + NaOH  NaBO₂ + 2H₂O

Бор қышқылы ерітіндісінің қышқылдығын арттыру үшін маннит, глицерин, фруктоза, глюкоза, кальций глюконаты сияқты басқа да көп атомды спирттер мен полиоксиқосылыстар қолданылады //.

Көп атомды спирттер бор қышқылымен комплексті қосылыстар түзеді: маннитборлы НВО₂(С₆Н₈(ОН)₆₂ т.б. Мұндай комплекстік қосылыстардағы бордың координациялық саны 4 тең, байланыс HBF₄ молекуласындағыдай. Төмендегі диссосациялану константасымен салыстырғанда, бор қышқылына қарағанда бордың комплекстік қышықылдары айтарлықтай күшті:

Н₃ВО₃ 6^.10^-10

НВО₂(С₆Н₈(ОН)₆₂ 3^.10^-6

Сондықтан ең жақсы нәтиеже бор қышқылын маннитпен титрлегенде СН₂ОН-СНОН₄-СН₂ОН орындалады. Маннитбор қышқылы НВО₂(С₃Н₈)₂(ОН)₂ (К_д = 6^.10^-10) рН 7-10 аралығында болатын бейтараптану нүктесінде секіріс береді, индикатор ретінде фенолфталейн қолданылады.

Бор қышқылын борат ионына ауыстыру үшін титрлеудің алдында 0,1 н НСІ қосылады, маннитті қосудың алдында сірке қышқылы титрленеді. Анализденетін ерітінді (аликвот 10 мл) метил қызыл индикаторымен 0,1 н. натрий гидроксиді арқылы бейтарап ортаға дейін титрленеді (сары-жасыл түс). Бейтарап ерітіндіге шамамен 1 г маннит салып, үстінен 3-4 тамшы фенолфталеин қосып, күлгін түс пайда болғанша титрлейді. Есептеу төмендегі формуламен жүргізіледі:

В2О3%=

Мұндағы:

N – сілтінің нормальдық концентрациясы,

V₁– титрлеуге кеткен сілті көлемі,

Э – бор ангидридінің эквиваленті,

V₂ – аликвот көлемі (10мл),

b – анализге алынған салмағы.

Натрий анықтау: натрий жалынды-фотометриялық әдіспен анықталды //.

Жалынды фотометрия натрийді анықтауда кең түрде қолданылады. Зерттелетін ерітінді аэрозоль түрінде сығылған ауаның әсерімен арнайы шашыратқышқа енгізіліп жандырылған газбен жұмыс істейтін оттың жалынына жіберіледі. Егер ерітіндіде қозуы жеңіл элементтер болса, онда қосымша сипаттық сәулелену пайда болады да, от жалыны сары түске боялады. Жалынның сәулеленуі анықтайтын элементтің сәулелерлерін өткізіп басқа элементтердің сәулелерін ұстап қалатын арнайы сүзгілер немесе спектроскоп-монохроматор арқылы өткізіледі де жарық энергиясын электр энергиясына айналдарытын фотоэлементке келіп түседі. Алынған ток сезімталдығы жоғары гальвонометрмен өлшенеді. Фототоктың шамасы өз кезегінде анықтайтын элементтің концентрациясына тәуелді болатын сәулеленудің интенсивтелігіне тәуелді болады. Зерттейтін ерітіндінің концентрациясы шектелген стандарттық ерітінділер әдісі бойынша өлшенеді

Натрий хлоридінен концентрациялары: 10,20,30,...,100 мг/л болатын стандарттық ерітінділер дайындалды. Ток күшінің мәндері бойынша С (мг/л)-І (А) тәуелділігіндегі калибрлі график сызылды. Зерттелген ерітінділердің ток мәндерінің шамалары бойынша калибрлі графиктен ерітінділердің концентрациялары анықталды. Есептеулер келесі формула бойынша жүргізілді:

Na%

Мұндағы:

а - натрийдің графиктегі мөлшері, мг/л;

с - сұйылту;

b - алынған заттың массасы, г;

V - өлшемдік колбаның көлемі (100 мл).

Физикалық анализ әдістері

Кристалдық боратты зертеудің маңызды әдісі болып рентгенография табылады. Әрбір жаңа боратты алганда оған рентгенограмма қолданылады. Алайда рентгенографияның өзінің шарттары болады. Солай химиялық құрамы бойынша бірдей, ал құрылысы бойынша әртүрлі табиғи бораттарда өзіндік дебаеграмма болады.Бұл әдіс қазіргі таңда жалғыз ыңғайлы әдіс болып табылады. Егер екі боратта әртүрлі металдар изоморфты болып есептеплсе, оның өз элементарлық дебаеграмма параметрі де әртүрлі.

Табиғи бораттарды алудағы рентгенограммада үлкен қателіктер болады, мысалы басқа минералдың болуы. Мұндай жағдайларда препарат ұнтақты дебаеграмма алуда кристалды бораттарды оның серіктестіктеріне бөлу жолын қарастыру керек. Механикалық жолмен алынатын бораттың 100% тазалығына кепілдік бермейді. Структураның жақсаруын дебаеграмма арттырады.

Табиғи бораттарды алғанда қателік болмау үшін қоспа қоспауына кеңес береді. Көбінесе рентгенограмманың дәлдігіне көз жеткізу үшін қандайда бір материалдың бір мөлшеріне химиялық анализ жасау керек. Бораттардың рентгенограммасын анықтау жұмысында 232 түрлі борат алынған болатын. Мұнда рентгенограммалық мәліметтен бөлек оның құрылысы туралы мәлімет және кристалоптика т.б. қасиеттері зерттеледі.

Рентгендік фазалық. Сандық және сапалық анықтау әдісін және күрделілігі әртүрлі жүйедегі кристалдық фазалық қатынасын көрсетеді. Ол әрбір кристады фаза дифракциялық сақиналардың және олардың интенсивтіліктерінің орналасуының жеке дара картинасының беруіне негізделген. Рентгенофазалық талдау әдісі әртүрлі қосылыстардың күрделі жүйелерін зерттеуде қолданылады. Әсіресе рентгенофазалық талдау ликвидус сызығынан төмен орналасқан диаграмма жағдайының аймағын сипаттайтын қатты денелерді зертеуде бағалы болып келеді. Рентгенофазалық талдау металтануда, минералогияда, технологияда кең қолданылады. Рентгенофазалық талдау әрбір бораттардың фазалық құрамын 1% дәлдікпен анықтауға мүмкіндік береді. Сапалық рентгендік талдау барысында зерттеліп отырған бораттың құрамын анықтау келесі түрде жүргізіледі. Рентгенограмма сызықты немесе дифракциялық шығындардың орналасуы бойынша анықталады.

Бораттардың жұтылуы ИҚ спектрінде үштік мағынаға ие. Біріншіден олар борат иондарының құрылысын қондыру үшін қолданылады. Екіншіден берілген бораттың маңызды сипаттамасы болып табылады. Үшіншіден бораттың идентификациясы үшін пайдаланылады. 1952 жылы интервалы 625-5000 см^-1 жұтылу сызықтарына ие, 159 бейорганикалық қосылыстар үшін жиналған ИҚ спектрі, химиялық анализ үшін қолданылған ИҚ спектроскопиясының үлгісі пайда болды. Берілген сипаттамалық заттардың арасында тоғыз бордың қосылысы болды.

Соңғы жылдары табиғи және синтетикалық бораттардың ИҚ спектрімен көп жұмыс істеу кезінде тек қана эксперименттік емес өзіндік жұтылу сызығы бар, және оған да қатысы бар немесе басқа да қондырылған структурасына байланысты бораттардағы бор атомдарының екі және әртүрлі координациясы болатынын сондай-ақ, ИҚ жұтылуда жұту сызықтарын айыра бастады.

Спектрдің ИҚ облысы көзге көрінетін облыстың шекарасынан басталған толқын ұзындықтарын, яғни 0,7 мкм 1000 мкм дейінгі аралықты қамтиды. Барлық ИҚ облыс шартты түрде электрондық және тербелмелі ауысулар байқалатын 4000/12500 см^-1 толқындық сандар диапазонындағы жақын облысқа, молекулалардың тербеліске байланысты болатын 625-4000 см^-1 диапазонында жататын негізгі немесе орташа облысқа айналу ауысулары байқалатын 50-625 см ^-1 диапазонындағы алыс облысқа бөлінеді, мысалы ауыр молекулалардағы иондық және молекулалық кристалдардағы, қатты денелердегі кейбір электрондық ауысулар, күрделі молекулалардағы, мысалы биополимерлердегі айналмалы және склетті деформациялық тербелістер. Қазіргі таңда көптеген сириялық аспаптар жұмыс жасайтын ИҚ орташа облысының спектроскопиясы көп дамыған. ИҚ спектрометрінің жалпы конструкциясы сәуле көзінен, дисперсиялық жүйесінен (монохроматор) және тіркейтін элементтен (детектордан.) тұрады. Ал дифракциялық торы бар екі сәулелік сканирлеуші ИҚ спектрометрдің қысқартылған блок сызбасы айналар жүйесі, сәуле көзі, бұру және жұмысшы моторынан, модулятордан құралған.

Жарық көзі анықталатын элементтің қажет сызығын беретін сызықты спекрді сәулелендіреді. Ароматизаторды көбінесе жалында үлгіге сәйкес толқын ұзындығындағы жарықты жұтатын атом буларына айналады. Жұтылу нәтижесінде бастапқы интенсивтілік төмендейді. Монохроматор анықталатын элементтің спектр сызығын өлшеуде табылатын тар спектральды жолақты бөліп шығарады. Модулятор көзден жарық ағынын механикалық және электрлік әдіспен үзеді. Детектор аспаптан шығар алдында тіркелетін жұтылу мәні есептегіш құрылғыда өңделетін электрлік сигналда жарық ағынын тоқтатады. Есептегіш құрылғы модулятормен синхронизделген және тек үзік сигнал көзін ғана қабылдайды. Сонымен бірге атомизатор сәулелену әсерін болғызбайды, ол уақыт бойынша тұрақты, демек есептегіш құрылғы қабылдамайтындай тұрақты тоқ пайда болады. Қазіргі заманғы атомды абсорбциялық спектрометрлер өлшеу жағдайларының өнімділігін үлгілі автоматты енгізуін және өлшеу нәтижелерін тіркеуді қамтамасыз ететін прецизионды жоғары автоматтандырылған құрылғы.