титраторы
ТИТРАТОРЫ
приборы, предназначенные для автоматич. или полуавтоматич. выполнения титриметрич. анализа (см. титриметрия). Т. удобны при выполнении массовых однотипных анализов, а также для анализа проб, содержащих ядовитые радиоактивные или взрывоопасные вещества. Облегчают работу аналитика, повышают производительность труда.
Т. бывают лабораторные (как правило, полуавтоматические) и промышленные (автоматические) непрерывного, непрерывно-циклич. и периодич. действия. Т. делят по способу фиксирования результатов титрования на указывающие, регистрирующие, сигнализирующие и регулирующие. Конечную точку титрования устанавливают по макс. наклону на кривой титрования или по величине первой или второй производной этой кривой.
В лабораторных Т. отбор пробы и добавление необходимых объемов реагентов и растворителя проводят вручную, перемешивание осуществляют мех. мешалкой; термостати-рование не предусмотрено; процесс титрования полуавтоматический: пуск титранта производится вручную, а прекращение его подачи в момент достижения конечной точки-автоматически. Осн. узлы лабораторного Т.: бюретка для титранта, сосуд для титрования с устройством для перемешивания, прибор для измерения контролируемого параметра (потенциометр, pH-метр, кондуктометр и т. д.). Эти Т. используют либо для научно-исследоват. работ, либо для серийных однотипных анализов. В первом случае приходится выполнять разнообразные анализы, поэтому желательно иметь достаточно универсальный Т., допускающий быструю замену титранта, регулирование скорости перемешивания и т. д. Как правило, в таких случаях необходимо регистрировать всю кривую титрования для более объективной и точной оценки результатов. В случае выполнения серийных анализов важнее всего производительность труда, надежность прибора; результаты регистрируют для их последующего контроля.
В промышленных Т. автоматизированы все операции титриметрич. анализа: отбор определенного объема анализируемого раствора, добавление отмеренного объема реагента и растворителя, перемешивание, термостатирование, дозирование титранта (титрование), определение конечной точки, прекращение подачи титранта, фиксирование результатов, удаление из сосуда для титрования проанализир. раствора, промывание сосуда и заполнение бюретки титрантом для след. титрования. В некоторых Т. предусмотрены устройства для регулирования концентрации определяемого вещества в заданном интервале.
По принципу управления подготовит. операциями различают две группы промышленных Т. К первой относят те приборы, в которых спец. командные устройства (чаще всего электрич. или пневматич. таймеры) подают сигнал на выполнение отдельных операций по определенной программе, независимо от выполнения предыдущей операции. Эти Т. сравнительно просты и надежны, но не очень производительны, т. к. программа задается исходя из макс. продолжительности каждой операции. Ко второй группе относят Т., в которых операции проводятся последовательно без пауз, т. е. окончание одной операции служит сигналом для начала другой. Подачу сигналов осуществляют с помощью электродов или фотоэлектрич. устройств, контролирующих уровни растворов в ячейке для титрования и дозаторах. Для управления автоматич. узлами используют релейные схемы. Такие Т. характеризуются миним. продолжительностью цикла, но они значительно сложнее и поэтому менее надежны.
Промышленные Т. способны длит. время работать в отсутствие лаборанта в запыленных помещениях, при по-выш. влажности, во вредной для человека атмосфере, в широком интервале температур, а часто и в условиях вибрации. Их используют для контроля, а иногда и для регулирования мн. хим.-технол. процессов.
По способу определения конечной точки все Т. делятся на потенциометрические, кулонометрические, кондуктометрические, амперометрические и фотометрические.
Потенциометрический Т. состоит из двухэлектродной ячейки и устройства для преобразования ее эдс в выходной сигнал. В качестве индикаторных применяют электроды первого (серебряный) и второго (хлоридсеребряный) рода, инертные (платиновый, золотой, никелевый) и мембранные (стеклянные, ионоселективные) электроды (см. также потенциометрия).
Амперометрический Т. включает ячейку с поляризуемым (от внеш. источника напряжения) индикаторным электродом и неполяризуемым электродом сравнения. Существуют Т. с двумя поляризуемыми индикаторными электродами; в этом случае электрод сравнения не нужен и такой Т. проще и надежнее. При изменении состава титруемого раствора изменяется сила тока, протекающего через ячейку. Ток вызывает падение напряжения на калиброванном сопротивлении, откуда поступает выходной сигнал. В качестве индикаторных применяют платиновые, амальгамированные и графитовые электроды (см. также амперометрическое титрование).
Действие кондуктометрических Т. основано на регистрации изменения уд. электрич. проводимости анализируемого раствора. Согласно закону Кольрауша, для разб. раствора наблюдается линейная зависимость между его уд. электрич. проводимостью и концентрацией. Наиб. распространение получили Т. контактные двухэлектродные и бесконтактные высокочастотные с емкостной измерит. ячейкой. Преимуществом последних является отсутствие гальванич. контакта анализируемого раствора с электрич. цепью измерит. ячейки. Принцип их действия основан на взаимод. электромагн. поля высокой частоты с анализируемым раствором в ячейке емкостного или индуктивного типа. Наиб. часто применяют Т. с емкостными измерит. ячейками-стеклянными сосудами, на наружной поверхности которых закреплены два металлич. электрода, подключенных к источнику напряжения высокой частоты (см. кондуктометрия).
В кулонометрических Т. применяют титрование с внутр. и внеш. генерацией титранта. В первом случае в ячейке кроме индикаторного электрода и электрода сравнения находятся генераторный и вспомогат. электроды (из платины или золота): титрант получают непосредственно в ячейке для титрования в результате электрохим. реакции на генераторном электроде с участием специально введенного вспомогат. реагента, реже — растворителя (напр., воды) или материала электрода (напр., серебряного анода). Такие Т распространены благодаря простоте конструкции и высокой точности. Но при наличии побочных реакций нарушается 100%-ный выход по току и тогда прибегают к внеш. генерации титранта, т. е. электролиз для получения последнего проводят в спец. ячейке, откуда титрант смывается в ячейку для титрования потоком электролита.
Работа фотометрического Т. основана на измерении поглощения монохроматич. излучения при прохождении его через титруемый раствор. Обычно используют одноканальную схему, включающую источник излучения, монохроматор, кювету (которая служит сосудом для титрования), приемник излучения (фотоэлемент), преобразующий энергию излучения в электрич. сигнал, и измерит. устройство. Возможно безындикаторное и индикаторное титрование. В первом случае при определенной длине волны регистрируют изменение оптич. плотности раствора, обусловленную одним из участников реакции титрования. Во втором случае фиксируют изменение окраски индикатора при достижении конечной точки титрования. Часто для индикации конца титрования измеряют интенсивность люминесценции титруемого раствора, возбуждаемой УФ излучением.
Лит.: Весклер М. А., Денисов С. С., Автоматизация химических анализов растворов, М., 1965; Кантере В.М., Казаков А. В., Кулаков М. В., Потенциометрические и пирометрические приборы, М., 1970; Казаков А. В., Кантере В. М., Галкин Л. Г., Титрометры, М., 1973.
Г. В. Прохорова
