Презентация на тему: Денсиметрические методы анализа изотопного состава жидкостей

Денсиметрические методы анализа изотопного состава жидкостей
Денсиметрические методы анализа изотопного состава жидкостей
Способы выражения плотности
Денсиметрические методы анализа изотопного состава жидкостей
Влияние температуры на плотность воды
Влияние чистоты пробы
Способ Бриско-Бродского
Способ четырехкратной перегонки
Техника перегонки
Пикнометрический метод
Денсиметрические методы анализа изотопного состава жидкостей
Денсиметрические методы анализа изотопного состава жидкостей
Денсиметрические методы анализа изотопного состава жидкостей
Поплавковый метод
1/14
Средняя оценка: 4.9/5 (всего оценок: 4)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (169 Кб)
1

Первый слайд презентации: Денсиметрические методы анализа изотопного состава жидкостей

Методы, основанные на измерении плотности, называются денсиметрическими. Эти методы анализа чрезвычайно просты, доступны практически любой лаборатории и позволяют определять изотопный состав с высокой точностью. Что такое плотность? Плотность – это масса единицы объема вещества : Отношение плотностей изотопных форм воды: 1 : Денсиметрические методы не чувствительны к тому, за счет какого изотопа ( D или 18 О) изменяется плотность воды.

Изображение слайда
2

Слайд 2

2 – денсиметрия позволяет определять плотность воды с точностью до 10 -7. Пример. Концентрация дейтерия в тяжелой воде с D D 2 O = 99,8 ат.%, а в природной с D Н 2 O = 0,0147 ат.%.  с  100%  d  0.11 г/см 3  с min = 10 -4 % 3 – плотность воды в очень значительной степени зависит от температуры и чистоты пробы

Изображение слайда
3

Слайд 3: Способы выражения плотности

d [ г/см 3 ] [ г/мл ] 1 см 3 – объем куба со стороной 1 см. 1 мл – 0,001объема, который занимает 1 кг воды при температуре 3,98 о С, т.е при температуре, при которой вода имеет максимальную плотность. При 3,98 о С 1 см 3 = 0,999973 мл d t [г/см 3 ] d t 4 [г/мл] d t = 0,9999 7 3  d t 4 d t 4 - используется при изотопном анализе

Изображение слайда
4

Слайд 4

d t t (безразмерная) d t 4 – плотность пробы при температуре t [г/мл], ( d t 4 ) ст – плотность воды со стандартным содержанием дейтерия [г/мл]. В качестве стандартной воды в денсиметрии используют речную воду, отбираемую летом и зимой. Состав : [ D ]=0,0147 ат.%, [ 18 O ] = 0,2039 ат.%, [ 17 O ] = 0,0347 ат.%. S t t - относительная плотность - плотность гипотетической воды, полностью лишенной дейтерия в денсиметрии 1 = 10 -6 г/мл при взвешивании 1  = 10 -6 г с точки зрения концентрации 1   10 -3 ат.% (  d = 16  и  с = 0,0147 ат.%)

Изображение слайда
5

Слайд 5: Влияние температуры на плотность воды

t, о С d t 4, г/мл D 2 O Н 2 О 18 Н 2 О 17 D 2 O 18 25 1,10446 1,109378 1,0546 1,21526 30 1,10323 1,107845 1,21393 Значения плотности для различных изотопозамещенных форм воды Пример. Плотность стандартной воды равна: при 20 0 С ( d 20 4 ) ст =0,998232 г/мл, при 21 0 С – ( d 21 4 )ст =0,998021 г/мл. при  t = 1 o C   ( d t 4 )ст=2,11  10 -4 г/мл. Для обеспечения точности  ( d t 4 ) =  1  10 -7 г/мл   t =  510 -4 о С.

Изображение слайда
6

Слайд 6: Влияние чистоты пробы

Денсиметрические методы крайне чувствительны к чистоте воды. Требуемая степень очистки воды и, следовательно, сложность и многостадийность этого процесса, определяется точностью последующих методов анализа. Примеси Летучие Нелетучие Органические СН 3 ОН, СН 3 СОСН 3 Неорганические СО 2, NH 3 NaHCO 3, CaCl 2, FeCl 3, Al(NO 3 ) 3

Изображение слайда
7

Слайд 7: Способ Бриско-Бродского

1 перегонка : Н 2 О охл Добавка К MnO 4 Медленное кипячение в течение 2-3 часов в присутствии KMnO 4 и Р 2 О 5 Очистка от летучих основных примесей 2 перегонка : Медленное кипячение в течение 1,5-2 часов в присутствии KMnO 4 и BaO Очистка от летучих кислых примесей 3,4 перегонка : Медленное кипячение без реактивов Очистка от нелетучих примесей 5 перегонка : Перегонка в кварцевой посуде Финишная очистка Н 2 О охл С К С д

Изображение слайда
8

Слайд 8: Способ четырехкратной перегонки

Н 2 О охл С К С д 1 перегонка : Медленное кипячение в присутствии KMnO 4 и Р 2 О 5 2 перегонка : Медленное кипячение в присутствии KMnO 4 3 перегонка : Медленное кипячение без реактивов 4 перегонка : Перегонка в кварцевой посуде

Изображение слайда
9

Слайд 9: Техника перегонки

При перегонке первая фракция всегда обогащена легким изотопом, а вода, которая остается в колбе обогащается тяжелым изотопом. Уравнение Релея: С 0, С к – концентрация тяжелого изотопа в исходной пробе и кубовом остатке; V 0, V к – объем исходной пробы и кубового остатка. Пример. Пусть для перегонки взяли V 0 =1 мл воды с концентрацией дейтерия С 0 =0,05 (ат. доли). После перегонки в колбе осталось V к =0,1 мл воды. Условия перегонки: Р=0,1 МПа, Т= 100 0 С   =1,026. Определить концентрацию дейтерия в кубовом остатке (С К ) и в дистилляте (С Д ). При каждой перегонке отбрасывают первую и последнюю фракции, а для последующей перегонки и анализа используют среднюю.

Изображение слайда
10

Слайд 10: Пикнометрический метод

Метод позволяет определять абсолютное значение концентрации без предварительного получения градуировочной характеристики. Применяется для калибровки и проверки других методов анализа Капилляр  0,2 – 0,6 мм Колба V =15 – 25 см 3 Материал – кварц, При  t=3-5 o C  V пикн =const Заполнение пикнометра : атм вакуум 1. Систему вакуумируют до Р  10 -3 мм рт. ст.  наполнительная воронка заполняется водой. 2. В систему подают атмосферное давление  заполняется пикнометр.

Изображение слайда
11

Слайд 11

1. Определяют массу пустого пикнометра m 1. 2. Определяют массу пустого пикнометра, приведенную к пустоте m 1 * : d кв – плотность кварца; d РВ – плотность материала разновесов; d возд – плотность воздуха, d возд = f(T, P. ) 3. Определяют массу пикнометра с бидистиллатом m 2 и приводят ее к пустоте m 2 * d БД – плотность бидистиллата; 4. Определяют массу пикнометра с пробой m 3 и приводят ее к пустоте m 3 *

Изображение слайда
12

Слайд 12

5. Определяют массу бидистиллата в пикнометре m ст : 6. Определяют массу пробы в пикнометре m Х : 7. Для пробы определяют d t t и плотность ( d 4 t ) ПР : 8. Для пробы рассчитывают S t t и  S t t : (d 4 t ) ст =f(T терм ) 9. По уравнению Лонгсворта и Свифта определяют концентрацию дейтерия С D : A = f(T), B = f(T) – справочные константы

Изображение слайда
13

Слайд 13

Точность анализа зависит от ряда причин: кривизны мениска, массы влаги, адсорбированной на наружной поверхности пикнометра, механических и термических деформаций, изменяющих объем пикнометра. Если V пикн = 20 мл,  m=  2  10 -4 г,  T=  0,05 оС, очистка методом четырехкратной перегонки   d 4 t =  ( 50 – 60 ) . Если V пикн =100 мл   d 4 t =  1 . Достоинства и недостатки:  Абсолютный метод,  высокая точность определения плотности.  Необходимость тщательного измерения условий в лаборатории и внесения множества поправок;  большой объем анализируемой пробы;  длительность анализа (5 – 7 часов)

Изображение слайда
14

Последний слайд презентации: Денсиметрические методы анализа изотопного состава жидкостей: Поплавковый метод

Н 2 О СТ Н 2 О терм Поплавок – кварцевый капилляр( d попл  d пробы ) Изменяя температуру термостатирования, добиваются уравновешивания поплавка ( d i =d попл ): d t, о С проба Н 2 О ст поплавок  d t 0 фл t 1 фл проба Для Н 2 О ст - t 0 фл Для пробы – t 1 фл При  t =0,005 о С, V пр =15-20 мл,  d = (3 – 5) Наиболее высокая точность измерений (  d  1  10 -8 г/мл ) была достигнута Спаненом в 1957 г.

Изображение слайда