×
20.02.2019
219.016.c3fe

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области физических измерений. Определение концентрации и идентификация поверхностно-активных веществ в водных растворах заключается в том, что в исследуемом водном растворе определяют зависимость мгновенных значений поверхностного натяжения при увеличении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» и зависимость мгновенных значений поверхностного натяжения от времени при адсорбции ПАВ в объем раствора. Затем идентифицируют поверхностно-активные вещества, используя базу данных эталонных зависимостей, полученных аналогично с растворами, содержащими известные ПАВ в установленных концентрациях. При этом дополнительно измеряют разность мгновенных значений поверхностного натяжения в исследуемом водном растворе при уменьшении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух», по которой определяют концентрацию с использованием калибровочных кривых, предварительно построенных для определения ПАВ, наиболее предполагаемых к обнаружению в исследуемых водных растворах. Далее осуществляют выбор калибровочной кривой по результатам идентификации, экспериментальную и эталонную зависимости мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от времени при адсорбции ПАВ в объем раствора снимают при минимальной площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух». Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильной идентификации и точности определения концентрации поверхностно-активных веществ в водных растворах. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к области физических измерений и может найти широкое применение для анализа и контроля водных сред промышленного и бытового назначения.

Известен способ определения концентрации поверхностно-активных веществ путем образования растворимых в хлороформе комплексных соединений поверхностно-активных веществ с красителем мителеновым голубым с последующим экстрагированием хлороформом и колориметрическим определением экстинкции окрашенных комплексов поверхностно-активных веществ в экстракте. Концентрацию поверхностно-активных веществ в исследуемом растворе находят затем по калибровочной кривой зависимости экстинкции от концентрации эталонного поверхностно-активных веществ в стандартных растворах, обработанных вышеуказанным способом, и выражают в миллиграммах эталонного поверхностно-активных веществ на литр исследуемого раствора (Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации, 3-е изд., М., Стройиздат, 1977, с.108-110).

Недостатками этого способа являются невозможность идентификации поверхностно-активных веществ в исследуемых водных растворах, кроме того, способ является достаточно трудоемким, характеризуется длительным временем проведения анализа и малой достоверностью результатов, а также вредными условиями труда персонала, связанными с необходимостью работы с органическими растворителями.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ) в водных растворах, реализованный в устройстве для определения концентрации поверхностно-активных веществ в водных средах (Патент на полезную модель №96968, G01N 13/02, опубликовано 20.08.2010), основанный на определении в исследуемом водном растворе зависимостей мгновенных значений поверхностного натяжения при уменьшении и увеличении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» и зависимости мгновенных значений поверхностного натяжения от времени при адсорбции ПАВ в объем раствора, идентификации и определении концентрации ПАВ, присутствующих в водном растворе с использованием базы данных эталонных зависимостей, полученных аналогично с растворами, содержащими известные ПАВ в установленных концентрациях.

Недостатками способа-прототипа являются низкая точность определения концентрации, невысокая вероятность правильной идентификации, сложность процедуры идентификации (большой объем вычислительных операций при проведении процедуры идентификации).

Технической задачей изобретения является повышение точности определения концентрации и вероятности правильной идентификации поверхностно-активных веществ, присутствующих в водных растворах, а также упрощение процедуры идентификации.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения концентрации и идентификации поверхностно-активных веществ в водных растворах, заключающемся в том, что в исследуемом водном растворе определяют зависимость мгновенных значений поверхностного натяжения при увеличении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» и зависимость мгновенных значений поверхностного натяжения от времени при адсорбции ПАВ в объем раствора, идентифицируют поверхностно-активные вещества, присутствующие в водном растворе, используя базу данных эталонных зависимостей, полученных аналогично с растворами, содержащими известные ПАВ в установленных концентрациях, дополнительно измеряют разность мгновенных значений поверхностного натяжения в исследуемом водном растворе при уменьшении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух», по которой определяют концентрацию с использованием калибровочных кривых, предварительно построенных для определенных ПАВ, наиболее предполагаемых к обнаружению в исследуемых водных растворах, выбор калибровочной кривой осуществляется по результатам идентификации, зависимости мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от времени при адсорбции ПАВ в объем раствора снимают при минимальной площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух».

Сущность способа определения концентрации и идентификации поверхностно-активных веществ в водных растворах поясняется чертежами, где: на фиг.1 представлены калибровочные кривые для определения концентрации поверхностно-активных веществ в водных растворах, отражающие зависимость разности мгновенных значений поверхностного натяжения (мН/м) от объемной концентрации поверхностно-активных веществ (мг/л); на фиг.2 представлены эталонные и экспериментальные зависимости мгновенных значений поверхностного натяжения (мН/м) от времени (с) при адсорбции поверхностно-активных веществ в объем раствора во времени; на фиг.3 представлены эталонные и экспериментальные зависимости мгновенных значений поверхностного натяжения (мН/м) от площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» (метр квадратный) при увеличении последней.

Сущность способа определения концентрации и идентификации поверхностно-активных веществ в водных растворах заключается в следующем.

Определение концентрации и идентификацию поверхностно-активных веществ осуществляют в следующей последовательности: вначале проводят идентификацию поверхностно-активных веществ, присутствующих в водном растворе, по результатам идентификации формируют перечень присутствующих поверхностно-активных веществ, в соответствии с которым выбирают калибровочную кривую и определяют концентрацию присутствующих веществ.

Идентификация поверхностно-активных веществ проводится в два этапа путем сравнения параметров зависимостей, полученных при проведении физического эксперимента с исследуемым водным раствором, с соответствующими параметрами эталонных зависимостей, хранящимися в базе данных. Эталонные зависимости снимаются предварительно и характеризуют различные растворы, каждый из которых содержит определенное поверхностно-активное вещество в установленной концентрации.

Параметры названных зависимостей и калибровочной кривой функционально связаны с составом и концентрацией поверхностно-активных веществ, присутствующих в исследуемом водном растворе, что позволяет идентифицировать присутствующие в растворе вещества и определить их концентрацию.

В качестве зависимостей, применяемых для идентификации поверхностно-активных веществ, на первом этапе используют зависимость мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от времени при адсорбции или десорбции поверхностно-активных веществ в объем раствора, на втором этапе - зависимость мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» при увеличении последней.

По результатам сравнений на первом этапе идентификации формируют перечень поверхностно-активных веществ, предположительно присутствующих в водном растворе, для которых отбирают соответствующие эталонные зависимости и проводят второй этап идентификации. По результатам сравнений на втором этапе идентификации формируют окончательный перечень поверхностно-активных веществ, присутствующих в водном растворе.

В качестве параметров для сравнения зависимостей, полученных при проведении физического эксперимента в исследуемом водном растворе, и эталонных зависимостей, хранящихся в базе данных, используют количество участков линейного изменения поверхностного натяжения, присутствующих в зависимости, а также значения характеристик отдельных участков: среднее/максимальное/минимальное значение поверхностного натяжения на участке; средняя скорость изменения поверхностного натяжения на участке; начальные и конечные координаты участка по оси абсцисс.

Определение концентрации поверхностно-активных веществ, присутствующих в водном растворе, производят калибровочной кривой, выбранной в соответствии с обнаруженными поверхностно-активными веществами, используя разность мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе, также полученную при проведении физического эксперимента с исследуемым раствором.

Физический эксперимент с исследуемым водным раствором включает следующие три этапа.

На первом этапе получают разность мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе при уменьшении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» от начального до конечного значений.

На втором этапе определяют зависимость мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от времени при адсорбции или десорбции поверхностно-активных веществ в объем раствора. При этом площадь поверхности раздела фаз «раствор-воздух» минимальна, постоянна и соответствует конечной площади на первом этапе эксперимента.

На третьем этапе определяют зависимость мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» при увеличении последней. При этом начальная площадь минимальна и соответствует конечной площади, достигнутой на первом этапе эксперимента, а конечная - максимальна и соответствует начальной площади на первом этапе эксперимента.

При проведении физического эксперимента для измерения мгновенных значений поверхностного натяжения возможно использовать простейшие известные датчики поверхностного натяжения, например пластинку Вильгельми, связанную с весами или механотроном. Изменение площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух», на которой производят измерение мгновенных значений поверхностного натяжения, осуществляется в известных устройствах, например ванне Ленгмюра с подвижным барьером.

Базу данных эталонных зависимостей для идентификации поверхностно-активных веществ и калибровочные кривые для определения концентрации предварительно получают следующим образом. Изготавливают ряд эталонных растворов, каждый из которых содержит определенное поверхностно-активное вещество в установленной концентрации. Номенклатура растворов определяется перечнем поверхностно-активных веществ, наиболее предполагаемых к обнаружению в исследуемых водных растворах, а также значениями наиболее вероятных их концентраций. Помимо этого изготавливают эталонные растворы, содержащие наиболее вероятные смеси вышеназванных поверхностно-активных веществ в наиболее вероятных концентрациях. Далее проводят вышеописанный эксперимент для каждого эталонного раствора.

В ходе первого этапа эксперимента получают разность мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе при уменьшении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» для каждого эталонного раствора и по результатам всех экспериментов, проведенных для растворов с различными концентрациями определенного поверхностно-активного вещества, строят калибровочную кривую. В ходе второго и третьего этапов эксперимента получают названные выше зависимости для каждого из растворов определенных поверхностно-активных веществ с различными концентрациями.

Полученные значения калибровочных кривых и параметры зависимостей заносят в базу данных для использования при идентификации и определении концентрации поверхностно-активных веществ.

В качестве примера применения способа рассмотрена идентификация и определение концентрации поверхностно-активных веществ в водных растворах, являющихся технологической средой теплоэнергетического оборудования.

Поверхностно-активными веществами, наиболее предполагаемыми к обнаружению в названных водных растворах, являются турбинное масло в диапазоне наиболее вероятных концентраций 0,04-0,4 мг/л и октадециламин в диапазоне наиболее вероятных концентраций 0,01-0,3 мг/л.

Для получения базы данных эталонных зависимостей для идентификации поверхностно-активных веществ и калибровочных кривых для определения концентрации приготовили ряд эталонных растворов, содержащих турбинное масло и октадециламин в различных концентрациях.

Физические эксперименты по измерению разности мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе при уменьшении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» и определению описанных зависимостей проведены с использованием тензиометрического анализатора жидкости (Прибор для определения поверхностных свойств жидкостей / Ю.М.Абраменко, А.А.Абрамзон, Г.П.Бенинг и др. «Коллоидный журнал», 1987, №1, с.122-126).

По результатам проведенных экспериментов для эталонных растворов, содержащих турбинное масло, построена калибровочная кривая 1.1 для определения концентрации и определены зависимости, используемые для идентификации: ряд зависимостей мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от времени при адсорбции поверхностно-активных веществ в объем раствора, включая зависимости 1.2-1.4 для концентраций турбинного масла 0,04; 0,06; 0,4 соответственно и ряд зависимостей мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» при увеличении последней, включая зависимости 1.6-1.8 для тех же концентраций турбинного масла.

Аналогично построена калибровочная кривая 2.1 для определения концентрации октадециламина и определены зависимости, используемые для идентификации, включая зависимости 2.2-2.4 мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от времени при адсорбции поверхностно-активных веществ в объем раствора для концентраций октадециламина 0,01; 0,2; 0,3 соответственно и зависимости 2.6-2.8 мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» при увеличении последней для тех же концентраций октадециламина.

Полученные значения калибровочных кривых и параметры названных зависимостей занесены в базу данных.

В примере в качестве исследуемых растворов использовали раствор, содержащий турбинное масло с концентраций 0,06 мг/л, и раствор, содержащий октадециламин с концентрацией 0,2 мг/л, на которых провели описанные физические эксперименты.

Для исследуемых растворов, содержащих турбинное масло и октадециламин, определены соответственно: разность мгновенных значений поверхностного натяжения при уменьшении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» 6,5 мН/м и 13 мН/м, зависимости 1.5 и 2.5 мгновенных значений поверхностного натяжения от времени при адсорбции поверхностно-активных веществ в объем раствора, зависимости 1.9 и 2.9 мгновенных значений поверхностного натяжения от площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» при увеличении последней.

По результатам сравнения на первом этапе идентификации наиболее совпали параметры экспериментальных и эталонных зависимостей 1.5 и 1.3 для раствора, содержащего турбинное масло, а также 2.5 и 2.3 для раствора, содержащего октадециламин. Это позволяет сделать предварительный вывод о присутствии в исследуемых растворах поверхностно-активных веществ, относящихся к группе турбинных масел и октадециламинов соответственно.

Для проведения второго этапа идентификации из базы данных выбрали соответствующие эталонные зависимости 1.7 и 2.7 мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» при увеличении последней. Сравнение параметров выбранных эталонных и полученных экспериментальных зависимостей 1.9 и 2.9 показало их совпадение с требуемой точностью, что подтверждает выводы о присутствии в исследуемых растворах поверхностно-активных веществ, относящихся к группе турбинных масел и октадециламинов соответственно.

По результатам идентификации для определения концентрации поверхностно-активных веществ в исследуемых растворах выбраны калибровочные кривые 1.1 и 1.2 соответственно, по которым с использованием полученной разности мгновенных значений поверхностного натяжения при уменьшении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» определена объемная концентрация присутствующих поверхностно-активных веществ 0,062 мг/л и 0,206 мг/л соответственно.

Таким образом, поверхностно-активные вещества, присутствующие в исследуемых растворах, были правильно идентифицированы, а ошибка определения концентрации составила: в растворе турбинного масла: +3,3%; в растворе октадециламина: +3,0%.

Согласно изобретению возможно оперативно и более точно идентифицировать и определить концентрацию поверхностно-активных веществ в водных растворах. Высокая точность определения концентрации достигается за счет использования и обоснованного выбора калибровочной кривой по результатам идентификации. Высокая вероятность правильной идентификации достигается за счет определения зависимости мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от времени при адсорбции поверхностно-активных веществ в объем раствора при минимальной площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух». Способ обеспечивает возможность автоматизации процесса определения концентрации и идентификации поверхностно-активных веществ.

Использование нескольких зависимостей для идентификации и калибровочной кривой для определения концентрации, определяемых в ходе эксперимента в короткие временные сроки на несложном оборудовании, позволяет путем сравнения их параметров с параметрами эталонных зависимостей, хранящихся в базе данных, повысить вероятность правильной идентификации и определения концентрации поверхностно-активных веществ.

Использование изобретения обеспечивает его широкое применение в промышленности для анализа водных технологических сред теплоэнергетического оборудования при экспресс-контроле производственных процессов, связанных с водоподготовкой и водопотреблением, также способ может применяться при экологическом мониторинге бытовых водных сред и стоков.

Способ определения концентрации и идентификации поверхностно-активных веществ (ПАВ) в водных растворах, заключающийся в том, что в исследуемом водном растворе определяют зависимость мгновенных значений поверхностного натяжения при увеличении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух» и зависимость мгновенных значений поверхностного натяжения от времени при адсорбции ПАВ в объем раствора, идентифицируют поверхностно-активные вещества, присутствующие в водном растворе, используя базу данных эталонных зависимостей, полученных аналогично с растворами, содержащими известные ПАВ в установленных концентрациях, отличающийся тем, что дополнительно измеряют разность мгновенных значений поверхностного натяжения в исследуемом водном растворе при уменьшении площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух», по которой определяют концентрацию с использованием калибровочных кривых, предварительно построенных для определения ПАВ, наиболее предполагаемых к обнаружению в исследуемых водных растворах, выбор калибровочной кривой осуществляется по результатам идентификации, экспериментальную и эталонную зависимости мгновенных значений поверхностного натяжения в водном растворе от времени при адсорбции ПАВ в объем раствора снимают при минимальной площади поверхности раздела фаз «раствор-воздух».
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 21.
10.04.2013
№216.012.340b

Теплоизолированная труба

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к теплоизоляции трубопроводов, и может быть использовано в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения. Теплоизолированная труба (1) содержит слой полых микросфер (2), который при помощи оболочки (3) из термоусадочного материала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478866
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7f

Устройство для защиты от коррозии и образования отложений на функциональных поверхностях трубопроводов и оборудования систем теплоснабжения

Изобретение относится к области защиты от коррозии и образования отложений на функциональных поверхностях трубопроводов систем теплоснабжения и водоснабжения. Устройство включает насосную станцию и блок эмульгирования поверхностно-активного вещества (ПАВ), при этом оно установлено на автомобиле...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480536
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.06.2013
№216.012.4d41

Способ формирования защитного покрытия на поверхностях изделий из металлов и сплавов

Изобретение относится к трубопроводной транспортировке жидких сред. Способ заключается в формировании структурированной пленки посредством эмульсии молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ), при этом в качестве ПАВ используют биологически и термически не разлагаемые соединения, химически...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485359
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d42

Способ формирования молекулярного покрытия на поверхностях изделий из металлов и сплавов

Изобретение относится к трубопроводным системам, теплообменному оборудованию и позволяет улучшить гидродинамические и термодинамические характеристики поверхностей изделий из металлов и сплавов. Способ заключается в формировании на поверхностях структурированной пленки посредством создания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485360
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.09.2013
№216.012.683d

Способ интенсификации конденсации пара в конденсаторе паротурбинной установки

Изобретение относится к энергетике. Способ интенсификации конденсации пара в конденсаторе паротурбинной установки, заключающийся в том, что при эксплуатации, состоящей из чередующихся режимов работы и регламентных работ паротурбинной установки, в режиме работы при подаче пара от парогенератора,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492332
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.11.2013
№216.012.85dc

Способ теплоизоляции трубопроводов и оборудования

Изобретение относится к области теплоизоляции трубопроводов и позволяет повысить механическую прочность покрытия. Способ включает подготовку подлежащей теплоизоляции поверхности очисткой ее от продуктов коррозии, нанесение теплоизоляционного слоя и полимеризацию полученного покрытия....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499946
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.01.2014
№216.012.9cfe

Способ предотвращения обледенения проводов

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат -повышение эффективности. Способ предотвращения обледенения электрического провода заключается в нанесении гидрофобного покрытия на провода, расположенные между точками его закрепления, провод подвергают механическому воздействию...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505896
Дата охранного документа: 27.01.2014
20.05.2014
№216.012.c323

Способ нанесения нанокомпозитного покрытия на поверхность стального изделия

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам нанесения защитных покрытий. Может использоваться в энергетическом машиностроении для защиты деталей, подверженных механическим нагрузкам, высоким температурам и воздействию агрессивной рабочей среды. Перед нанесением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515714
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.02.2015
№216.013.2650

Способ формирования нанокомпозитного покрытия на поверхности изделия

Изобретение относится к области машиностроения, к способам образования защитных покрытий на изделиях, имеющих тонкостенные и толстостенные части и выполненных из стали или титанового сплава. Проводят очистку изделий в вакуумной камере в среде инертного газа, затем осуществляют ионное травление,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541261
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.04.2015
№216.013.3e15

Способ нанесения нанокомпозитного покрытия на поверхность изделия из жаропрочного никелевого сплава

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к методу образования защитного нанокомпозитного покрытия на поверхности изделия из жаропрочного никелевого сплава, подверженного высоким температурам и механическим нагрузкам. Проводят очистку изделия и вакуумной камеры в среде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547381
Дата охранного документа: 10.04.2015
+ добавить свой РИД