§ 18. Автоматические методы титрования

Лабораторные автоматические приборы дают возможность проводить массовые однотипные анализы; титровать жидкости, содержащие радиоактивные изотопы, ядовитые или взрывоопасные вещества; проводить анализ растворов, окраска которых или содержание в них твердых частиц мешают применению индикаторов; титровать с помощью нестойких титрантов, которые реагируют с кислородом или двуокисью углерода, находящимися в воздухе; изучать кинетику химических и биохимических реакций. Титрующие анализаторы промышленного типа позволяют контролировать почти все химико-технологические процессы, а в некоторых случаях и регулировать их.

Методы автоматического титрования можно классифицировать по следующим признакам:

по типу химической реакции, происходящей в процессе титрования (нейтрализации, окисления — восстановления, осаждения, комплексообразования, вытеснения и замещения);

по способам дозирования титрующего раствора (объемный, весовой, кулонометрический);

по способу определения точки эквивалентности (электрохимические методы: потенциометрический, кондуктометрический, амперометричеедий, высокочастотный; оптические: фотометрический, нефелометрический, колориметрический; термохимический, манометрический).

Автоматические анализаторы. Целесообразность автоматизации операций, связанных с титрованием, определяется условиями применения тех или иных схем. Полностью автоматизированные установки необходимы при многократном выполнении одного и того же анализа в поточных производственных процессах.

Например, широко применяется автоматический анализатор непрерывного титрования с потенциометрической установкой конечной точки при определении активного хлора в ваннах для хлорирования. Для определения некоторых кислот успешно используется автоматическая термометрическая установка. Разработан автоматический титратор типа для объемного кондуктометрического титрования. Точка эквивалентности определяется по перегибу кривой, соответствующему концу титрования.

Привязка точек кривой титрования к количеству титранта осуществляется по времени на стандартном регистрирующем приборе типа .

Рис. 34. Принципиальная схема автоматического титратора : 1 - -метр; 2 — титратор; 3 — датчик конечной точки титрования; 4 — усилитель; 5 — реле; 6 — магнитный клапан; 7 — сосуд с титрантом; 8 — аналитическая ячейка;

9 — резиновая трубка.

В заводских лабораториях широко применяется автоматический титратор для потенциометрического титрования до заданного значения или потенциала . Принципиальная схема этого титратора представлена на рис. 34.

Напряжение , пропорциональноеэ. д. с. электродной системы, с выхода подается на вход титратора 2 и сопоставляется с напряжением , установленным на датчике конечной точки титрования 3. Разность этих напряжений поступает на вход усилителя 4. На выходе усилителя установлено реле 5, управляющее работой магнитного клапана 6. Магнитный клапан регулирует подачу титрующего раствора из сосуда 7 в аналитическую ячейку с испытуемым раствором 8. При реле 5 отключает питание магнитного клапана, который, зажимая резиновую трубку 9, прекращает подачу титрующего раствора в ячейку 8.

Общий вид установки для титрования представлен на рис. 35.

При исследовательских работах обычно стремятся получить максимальную точность, достижимую в данном методе анализа.

Рис. 35. Общий вид установки для титрования: 1 — сосуд с титрантом; 2 — бюретка; 3 — магнитный клапан; 4 — аналитическая ячейка; 5 — магнитная мешалка; 6 — стакан для слива; 7 — измерительный блок.

Кроме того, приходится выполнять разнообразные анализы, а значит, необходимо, чтобы установка была достаточно универсальной: допускала возможность быстрой замены электродов, титранта, регулирование скорости перемешивания раствора и т. д. Поэтому автоматизация подготовки и дозирования исследуемого вещества здесь не нужна, также нецелесообразно автоматическое управление мешалкой, так как момент включения или выключения мешалки при разных анализах может быть различным. Зато часто возникает необходимость в регистрации кривых титрования для более объективного проведения анализа. Для этой цели используют методы титрования с автоматическим отсчетом количества израсходованного титранта. Например, объем титранта находят по длине бумажной ленты регистратора или резервуар с титрантом оборудуют системой с элементом, следующим за поверхностью раствора, причем каждому положению элемента соответствует строго определенное положение пера регистратора. Указанный принцип использован при создании электронного полуавтоматического потенциометрического титрометра.

Рис. 36. Принципиальная схема работы полуавтоматической установки: 1 — дозатор титранта; 2 — аналитическая ячейка; 3 — магнитная мешалка; 4 - -метр; 5-автоматический потенциометр .

На кафедре аналитической химии МХТИ им. Д. И. Менделеева создана полуавтоматическая установка (рис. 36) для метода титрования по времени. Характерной особенностью этого метода является постоянная скорость подачи титранта в анализируемый раствор. Продолжительность титрования фиксируют непосредственно при помощи секундомера или использует автоматический регистратор. Постоянная скорость подачи титранта делает возможной автоматическую запись кривых титрования с электрометрической фиксацией точки конца титрования. Для этого дозатор титранта соединяют с регистратором кривой титрования, ленточная диаграмма которого протягивается синхронно с поступлением реагента.

При работе с этим титратором нет необходимости в применении бюретки для стандартного раствора, а стандартной единицей может служить «титр миллиметра» . Эта установка может быть использована для потенциометрического титрования кислот и оснований, а также для дифференцированного определения компонентов смесей кислот или оснований.