способ определения n-фенилантрониловой кислоты в суспензии расширителя и в пастах с этим расширителем для свинцово-кислотных батарей

Формула изобретения

Способ определения N-фенилантрониловой кислоты в суспензии расширителя и в пасте с этим расширителем для свинцово-кислотных батарей путем извлечения ее из навески исследуемой суспензии расширителя и пасты, фильтрации и измерения светопоглощения раствора и определения по калибровочной кривой фотоколориметрическим методом, отличающийся тем, что для значительного повышения точности контроля содержания N-фенилантрониловой кислоты в расширителе и пасте используют реакцию окисления с дихроматом калия в сильнокислой среде до образования продуктов розовато-фиолетового цвета и определяют массовую долю N-фенилантрониловой кислоты по указанной калибровочной кривой, построенной с учетом заданного количества необратимой связи N-фенилантрониловой кислоты с оптической плотностью раствора в диапазоне 0,1-0,5% по весу свинцового порошка и рассчитывают по формуле

где Х - массовая доля N-фенилантрониловой кислоты в расширителе;

T₁ - масса фенилантраниловой кислоты в анализируемом растворе, найденная по калибровочной кривой, см³;

V₁ - объем исходного раствора, см³;

Т₂ - масса навески суспензии расширителя, г;

V₂ - объем анализируемой части раствора, см ³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к аналитическому контролю N-фенилантрониловой кислоты в суспензии расширителя и в пастах, применяемых в производстве свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

Известно немало способов качественного и количественного химического анализа какого-либо вещества в композиции путем извлечения его из навески исследуемой массы, обработки в сильнокислой среде.

Также известны способы, при которых навеску кипятят в растворах, охлаждают и определяют количество необходимого проверяемого вещества по калибровочной кривой (учитывая особенности соединений компонентов).

Подобный способ определения количества расширителя в пасте известен из технического решения по авторскому свидетельству РФ №220324. Кроме количественного и качественного классических методов, используют инструментальные методы.

Недостатком указанного способа (авт. св. №220324), принятого за прототип, является длительность процесса, трудоемкость, потеря компонентов, недостаточная точность определения нужного материала в составе массы.

Целью предлагаемого технического решения является преодоление этих недостатков, упрощение операции, точное определение N-фенилантрониловой кислоты в суспензии расширителя и в пастах с этим расширителем для свинцово-кислотных батарей. Другой целью является сокращение времени на весь анализ, а также обеспечение точного выполнения процедуры с построением калибровочной кривой и проведением инструментального метода, а именно колориметрии.

N-фенилантрониловая кислота (N-ФК) (О-анилинобензойная, дифениламин-О-карбоновая кислота - эмпирическая формула С₁₃Н₁₁NO₂) применяется в качестве ингибитора окисления электродов. Это однородный порошок белого или светло серого цвета с фиолетовым оттенком, нерастворимый в воде и растворах серной кислоты, химически стабильный. Наличие такого ингибитора окисления свинца придает активной массе гидрофобные свойства, хорошо сочетается с различными расширителями.

Аналитический контроль этого вещества в суспензии расширителя и пасте, точное введение и определение в используемом продукте количества его способствуют лучшим характеристикам готового изделия - аккумуляторной батареи, сохранению сухозаряженности, повышению разрядной емкости, надежной работоспособности батареи на длительных стартерных режимах работы, таким образом, дает определенный экономический эффект при эксплуатации батарей.

При этом не требуется дополнительных подготовительных операций, изменения технологии приготовления активной массы. Количественный анализ производят фотоколорометрическим методом.

В предлагаемом техническом решении для достижения желаемого результата используется реакция окисления N-фенилантрониловой кислоты с дихроматом калия в сильно кислой среде.

Содержание N-фенилантрониловой кислоты рассчитывается по калибровочной кривой.

Под воздействием окислителя происходит необратимое окисление N-фенилантрониловой кислоты - форма I (отдача двух электронов двумя молекулами) с образованием бесцветной восстановительной формы - II, затем обратимое окисление с образованием продуктов розовато-фиолетового цвета - формы III. Определение N-фенилантрониловой кислоты суспензии расширителя и в пасте ведется в диапазоне 0,1-0,5% свинцового порошка, и ее массовая доля зависит от выбранного рецепта состава суспензии.

Заявляемый способ определения вещества в расширителе и пасте подтверждается приводимыми примерами, которые соответствуют заводским условиям. На каждом заводе суспензия готовится по определенной рецептуре. Основные компоненты суспензии расширителя: сернокислый барий, расширитель органический, ингибитор (N-фенилантрониловая кислота) и вода.

Пример 1. Определение массовой доли N-фенилантрониловой кислоты в суспензии расширителя.

Как правило, из хорошо перемешанной суспензии отбирают 10-12 г на анализ. Перенос данной массы осуществляется в бюкс очень быстро, чтобы все компоненты, составляющие суспензию, были во взвешенном состоянии. Навеску суспензии из бюкса количественно переводят в мерную колбу вместимостью 250 см³, доводят водой до метки и перемешивают.

Затем отстоявшийся раствор фильтруют. Осадок, оставшийся в мерной колбе, переводят на фильтр и тщательно промывают дистиллированной водой, температура которой 60÷70°С (отмывка от расширителя), сушат в сушильном шкафу при температуре 105±5°С до постоянства массы. Взвешивают, берут навеску массой 0,1 г из сухого осадка на аналитических весах и переводят в мерную колбу вместимостью 250 см³ , доводят до метки 1% раствором карбоната натрия и тщательно перемешивают.

Находящаяся в осадке N-ФК полностью растворяется в 1% растворе карбоната натрия, а в осадке остается сульфат бария. Раствору дают отстояться дополнительно для оседания сульфата бария.

В мерные колбы вместимостью 50 см³ помещают 1÷5 см³ оставшегося раствора, прибавляют по 5 см³ серной кислоты, разбавленной в дистиллированной воде в соотношении 1:3; 0,1 см³ 0,1N раствора дихромата калия согласно предлагаемому решению, все тщательно перемешивают приблизительно 30 сек до образования розовато-фиолетовой окраски и добавляют до метки разбавленным раствором серной кислоты 1:20.

Оптическую плотность растворов замеряют в течение 1-й минуты на фотоколориметре КФК-2 с зеленым светофильтром и длиной волны 540 нм в кювете с длиной поглощающегося слоя 20 мм. Раствором сравнения служит дистиллированная вода.

Массовую долю N-фенилантрониловой кислоты в % в расширителе вычисляют по формуле:

где Х - массовая доля N-фенилантрониловой кислоты в расширителе;

T₁ - масса фенилантраниловой кислоты в анализируемом растворе, найденная по калибровочной кривой, см³;

V₁ - объем исходного раствора, см³;

Т₂ - масса навески суспензии расширителя, г;

V₂ - объем анализируемой части раствора, см ³

Стандартный раствор N-фенилантрониловой кислоты готовят следующим образом:

0,025 г N-фенилантрониловой кислоты помещают в мерную колбу вместимостью 250 см³ , растворяют в 1% растворе карбоната натрия и доводят до метки.

1 см³ раствора содержит 100 мкг N-фенилантрониловой кислоты.

В мерные колбы вместимостью 50 см³ приливают последовательно 0,4. 0,6, 0,8, 1,9, 1,2, 1,4 см ³ стандартного раствора N-фенилантрониловой кислоты, что соответствует 40, 60, 80, 100, 120, 140 мкг N-фенилантрониловой кислоты.

В каждую колбу прибавляют по 5 см³ разбавленной дистиллированной водой серной кислоты 1:3; 0,1 см ³ 1N раствора дихромата калия, все тщательно перемешивают приблизительно 30 секунд до образования розово-фиолетовой окраски и доводят до метки раствором серной кислоты в соотношении 1:1. Далее производят замер оптической плотности растворов на фотоколориметре КФК-2 с зеленым светофильтром и длиной волны 540 нм в кювете с длиной волны поглощающего слоя 20 мм. Раствором сравнения служит дистиллированная вода.

Результаты анализов представлены в таблице 1.

Пример 2. Определение массовой доли N-фенилантрониловой кислоты в пасте

5 г сухой пасты переносят в коническую колбу вместимостью 250 см³, прибавляют 100 см ³ 1% раствора карбоната натрия и кипятят на электрической плитке 5 минут с момента закипания. Затем раствор фильтруют в мерную колбу вместимостью 250 м³ через плотный фильтр "синяя лента", который предварительно запаривают кипящей водой. Осадок промывают 4-5 раз 1%-ным раствором карбоната натрия и фильтруют в ту же мерную колбу.

Фильтрат разбавляют 1%-ным раствором карбоната натрия до метки и перемешивают.

В случае помутнения раствор повторно фильтруют.

В мерную колбу на 50 см³ помещают 1 см³ полученного раствора, прибавляют 5 см³ серной кислоты, разбавленной в соотношении 1:3; 0,1 см³ 0,1N раствора дихромата калия согласно предлагаемому техническому решению. Перемешивают до получения розовато-фиолетовой окраски в течение 30 сек.

Композицию доводят до метки раствором разбавленной серной кислоты в соотношении 1:20.

Оптическую плотность полученного раствора измеряют на фотоколориметре КФК-2 с зеленым светофильтром с длиной волны поглощающегося слоя равной 20 мм в течение 5 минут.

В качестве раствора сравнения используют дистиллированную воду. Измерения оптической плотности раствора проводят в течение 5 мин после приготовления.

Количество N-фенилантрониловой кислоты в пасте определяется по калибровочной кривой, построенной на основе стандартной пасты, приготовляемой по рецепту для заводов.

Пример 3. Рецепт для приготовления паст

Состав суспензии расширителя:

свинцовый порошок, г	100
N-фенилантрониловая кислота, г	0,40
органический расширитель, г	0,50
барий сернокислый, г	0,50
вода, см	3,0
серная кислота, см3	11,6

Остальная вода прибавляется по консистенции пасты, т.е. если паста крутая, то добавляют несколько капель для лучшего перемешивания.

Пасту готовят в фарфоровой ступке. К 100 г свинцового порошка по каплям прибавляют тщательно перемешанную водную суспензию расширителя и все тщательно перемешивают. Затем стенки колбы обмывают небольшим количеством дистиллированной воды, которую тоже вводят в пасту.

Используется серная кислота плотностью 1,400 г/см³ в количестве 11,6 см ³.

Для равномерности распределения всех компонентов пасту перемешивают 10 минут.

Полученную пасту выдерживают в мокрой бумаге для созревания не менее 3-х часов и сушат в сушильном шкафу при температуре 100°С в течение 1-2 часов.

Высушенную пасту растирают, просеивают через сито сетки №016 и помещают в бюкс.

Отбирают навеску для приготовления стандартного раствора.

5 г приготовленной пасты взвешивают на аналитических весах с точностью 0,0002 г, переносят в коническую колбу вместимостью 250 см³, прибавляют 100 см³ 1%-ного раствора карбоната натрия и кипятят в течение 5 минут с момента закипания. Затем раствор фильтруют в мерную колбу вместимостью 250 см ³ через бумажный фильтр "синяя лента", который предварительно запаривают водой. Осадок промывают 4-5 раз 1%-ным раствором карбоната натрия до метки и перемешивают.

В мерные колбы вместимостью 50 см³ переносят 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 см³ полученного раствора, что соответствует 40, 60, 80, 100, 120, 140 мкг N-фенилантрониловой кислоты, согласно предлагаемому решению прибавляют 5 см³ серной кислоты, разбавленной в соотношении 1:3; 0,1 см³ 0,1N раствора дихромата калия. Тщательно перемешивают до получения розовато-фиолетовой окраски в течение приблизительно 30 сек и доводят до метки раствором серной кислоты в соотношении 1:20.

Оптическую плотность полученного раствора измеряют на фотоколориметре КФК-2 с зеленым светофильтом и длиной волны 540 нм в кювете с длиной поглощающегося слоя, равной 20 мм, в течение 5 мин. Раствором сравнения служит дистиллированная вода.

Калибровочную кривую строят в координатах: на оси координат - соответствующая оптическая плотность стандартного раствора, на оси абсцисс - содержание в нем N-фенилантрониловой кислоты в 50 мл.

Статистические характеристики анализируемого вещества представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Статистические характеристики	Определение N-фенилантрониловой кислоты в суспензии (расширителе)
Число определений, n	10
Средний результат, X, мас%	11,13
Стандартное отклонение среднего результата, Sх	5,2
Доверительный интервал,	11,13±0,014
Относительная ошибка, %	0,27

Таблица 2
Статистические характеристики	Определение N-фенилантрониловой кислоты в пастах
Число определений, n	10
Средний результат, X, мас%	0,31
Стандартное отклонение среднего результата, Sх	3,72
Доверительный интервал,	0,31±0,008
Относительная ошибка, %	0,33

Как видно из таблицы 1, относительная погрешность при определении N-фенилантрониловой кислоты в суспензии расширителя составляет 0,27%. Как видно из таблицы 2, относительная погрешность при определении N-фенилантрониловой кислоты в пасте - 0,33%.

Источники информации

1. Химические реактивы и препараты (справочник) под редакцией В.И.Кузнецова. М.: Издательство Госхимиздат, 1953 г.

2. Аналитическая химия. Пономарев. М.: Высшая школа, 1982 г.

3. Химические источники тока. Справочник под редакцией Н.В.Коровина. М.: Издательство МЭИ, 2003 г.

4. Авторское свидетельство РФ №220324, кл. H 01 M 10/48 (прототип).