Сущность потенциометрического титрования

Сущность потенциометрического титрования

Введение

Потенциометрическое титрование основано на определении эквивалентной точки по изменению потенциала на электродах, опущенных в титруемый раствор. При потенциометрическом титровании используют электроды как неполяризующиеся (без протекания через них тока), так и поляризующиеся (с протеканием через них тока).

Основы метода потенциометрического титрования

В первом случае в процессе титрования определяется концентрация в растворе одного из ионов, для регистрации которого имеется подходящий электрод.

Потенциал Ех на этом индикаторном электроде устанавливается согласно уравнению Нернста [Л. 24]. Например, для реакций окисления -- восстановления уравнение Нернста выглядит следующим образом:

где Ех -- потенциал электрода в данных конкретных условиях; Лок-- концентрация окисленной формы металла; Л)0ССТ -- концентрация восстановленной формы металла; Е" -- нормальный потенциал; R -- универсальная газовая постоянная (8 316 дж(град-моль); Т -- абсолютная температура; п -- разность валентностей окисленной и восстановленной форм ионов металла.

Для образования электрической цепи в титруемый раствор помещают второй так называемый электрод сравнения, например каломельный, потенциал которого в процессе реакции остается постоянным. Потенциометрическое титрование на неполяризующихся электродах помимо упомянутых реакций окисления -- восстановления используется также при реакциях нейтрализации. В качестве индикаторных электродов при реакциях окисления-- восстановления применяют металлы (Pt, Wo, Mo). При реакциях нейтрализации применяют чаще всего стеклянный электрод, имеющий в широкой области характеристику, аналогичную водородному электроду. Для водородного электрода зависимость потенциала от концентрации ионов водорода выражается следующей зависимостью:

или при 25°С

При потенциометрическом титровании часто используют титрование не до определенного потенциала, а до определенной величины рН, например до нейтральной среды рН = 7. Несколько в стороне от общепринятых методов потенциометрического титрования (без протекания тока через электроды), рас смотренных выше, стоят методы потециометрического титрования при постоянном токе с поляризующимися электродами [Л. 25]. Чаще применяют два поляризующихся электрода, но иногда пользуются и одним поляризующимся электродом.

В отличие от потенциометрического титрования с неполяризующимися электродами, при котором ток через электроды практически не протекает, в данном случае через электроды (обычно платиновые) пропускается небольшой (около нескольких микроампер) постоянный ток, получаемый от источника стабилизированного тока. В качестве источника тока может служить высоковольтный источник питания (около 45 в) с последовательно включенным относительно большим сопротивлением. Измеряемая на электродах разность потенциалов резко возрастает при приближении реакции к эквивалентной точке вследствие поляризации электродов. Величина скачка потенциала может быть гораздо больше, чем при титровании при нулевом токе с неполяризующимися электродами. Простота электродной цепи делает этот метод особенно удобным для автоматизации [Л. 26].

Кривые потенциометрического титрования.

К достоинствам потенциометрического титровании относятся высокая точность и воспроизводимость анализов, возможность определять содержание компонентов в мутных и сильно окрашенных растворах, анализировать смеси, близкие по свойствам, кислот и оснований, окислителей и восстановителей без разделения. К недостаткам метода можно отнести мешающее влияние посторонних ионов на электродный потенциал, возможность «отравления» металлических электродов, инерционность электродов и некоторые другие.

Кривые потенциометрического титрования определяются приведенным выше уравнением Нернста и принадлежат к S-образному виду.

Определение конечной точки для данного вида кривой производится;

а) по скачку потенциала, когда потенциал на электродах становится больше заданного, соответствующего конечной точке титрования;

б) по скачку потенциала первой производной от основной кривой титрования; увеличивающийся в конечной точке Потенциал сравнивается с заданным;

в) по двойному скачку потенциала второй производной от основной кривой титрования (рис. 12, в); в конечной точке титрования кривая величины потенциала проходит через нуль, что фиксируется нуль-индикатором схемы.

При титрованиях с поляризующимися электродами кривая титрования близка по форме (рис. 12, б) к кривой первой производной от S-образной кривой титрования; аналогичны и схемы индикации конечной точки этих видов титрований.

Величина скачка потенциала и наклон кривой в области эквивалентной точки зависят от природы и концентрации взаимодействующих веществ. При уменьшении концентрации реагирующих веществ уменьшается и скачок потенциала, что увеличивает вероятность получения большей ошибки при индикации конечной точки титрования.

Таким образом, определяются следующие требования к потенциометрическим схемам индикации конечной точки титрований.

Схема должна обеспечивать доведение реакции до заданной величины потенциала, соответствующего конечной точке титрования, без заметного перетитровывания.

Схема должна срабатывать при нерезком с малым наклоном скачке потенциала.

Потенциометрические схемы индикации конечной точки титрования

Ниже приведены некоторые схемы, применяемые при потенциометрическом титровании.

На рис. 31 приведена простая схема, используемая в потенциометрических титрометрах при работах с поляризующимися электродами [Л. 27].

Схема обеспечивает питание платиновых электродов Э постоянным

Потенциометрическая схема индикации конечной точки титрования с поляризующимися электродами.

током около нескольких микроампер. До начала титрования и подключения электродов резистором Я приводят прибор М к нулю. Затем подключают электроды Э и замыкают контакты В и Вг и настройкой резистора Ry вновь приводят стрелку прибора М к нулю. Резистор Rs служит для настройки необходимой чувствительности схемы. Два транзисторных триода применены для исключения влияния температуры на работу схемы. Переключатель Вз служит для изменения полярности, подключения прибора М.

Рис. 13. Потенциометрическая схема отработки конечной точки титрования

При проведении титрования вследствие поляризации электродов потенциал на последних начинает расти и в области эквивалентной точки достигает максимума. При этом стрелка прибора М соответственно отклоняется от нулевого значения. При потенциале на электродах в 100 мв прибор дает отклонение на 10--15 мка при соответственно минимальной и максимальной чувствительности.

На рис 13 показана упрощенная схема отработки конечной точки для титрования до заданного потенциала, имеющая устройство замедления подачи титранта в области эквивалентной точки. Схема, используемая при реакциях нейтрализации и работающая со стеклянным и каломельным электродами, применена в автоматическом потенциометрическом титраторе.

Для измерения потенциала электродной системы Ех используется высокоомный преобразователь Пр (ПВУ-5256), принцип действия которого заключается в следующем. Входное напряжение t/BX постоянного тока преобразуется в переменное, усиливается, затем снова преобразуется в постоянное напряжение, которое в конечном каскаде усилителя преобразуется в постоянный ток. При этом благодаря высокому коэффициенту усиления усилителя

Выходной ток /вых, проходя через сопротивление Rib, создает на последнем падение напряжения, пропорциональное потенциалу электродной системы. Это напряжение сравнивается с напряжением, получаемым от источника стабилизированного питания И2, разность этих напряжений подается на сетку лампы Л2 (6Н1П). Зона пропорциональности определяет величину потенциала в области конечной точки, начиная с которой подача титранта происходит не непрерывно, а импульсное частотой, уменьшаемой по мере приближения электродного потенциала к величине потенциала конечной точки. В начале титрования напряжение на сетке правой половины лампы устанавливается больше, чем на сетке девой половины. При этом через нормально закрытый контакт 1Р\ поляризованного реле Р подается напряжение на реле Р2 (РПН), нормально открытый контакт которого 1Р2 замыкает цепь электрического двигателя шприцевой бюретки Б, подающей титрант в титровальную ячейку V из сосуда Т, а замкнувшийся нормально открытый контакт 2Р2 передает потенциал с сопротивления R7 на «левую» сетку лампы Л2. По мере подачи титранта в титровальную ячейку напряжение на сетке правой половины триода уменьшается, и в момент, когда напряжения будут равны, якорь поляризованного реле Pi перебросится, размыкая контакт 1Р\. При этом прекратится подача титранта, так как реле Pi обесточится новымм нормально закрытым контактом ЗР2 замкнет цепь разряда конденсатора С5 через сопротивление R («Частота импульсов»).

Когда напряжение на сетке левой половины лампы Л2 станет меньше, чем напряжение на сетке правой половины лампы, якорь реле Pi вновь возвратится в исходное положение, вновь начинается подача титранта. Спустя некоторое время якорь вновь перебросится, конденсатор С5 опять начинает разряжаться. По мере приближения в конечной точке время разряда конденсатора будет увеличиваться.

Таким образом, благодаря прерывистой подаче титранта и увеличению паузы между порциями подаваемого титранта по мере приближения к конечной точке титрования схема автоматически прекращает подачу титранта точно в конечной точке.

Потенциометр R служит для балансировки схемы. Питание схемы осуществляется через трансформатор Тр с помощью выпрямительных мостов и ВП2. Лампа Л (СГ1П) стабилизирует анодное питание лампы Л2.

Контакт В программного устройства запускает схему в момент, определенный программой работы автоматического титратора.

На рис. 13 показана схема отработки конечной точки титрования по второй производной кривой титрования [Л. 28, 29].

Схема обладает рядом преимуществ, особенно при проведении реакций окисления--восстановления, а также реакций нейтрализации с использованием металлического индикаторного электрода.

Рис. 14. Потенциометрическая схема отработки конечной точки по второй производной кривой титрования

Выходное напряжение из вторичного дифференциатора подается :На сетку тиратрона Л2. Напряжение переменного тока в 110 в подается на тиратрон и последовательно соединенную с ним обмотку реле переменного тока Р. Когда на сетку не приложено напряжение, тиратрон проводит ток на положительных полуволнах напряжения сети. Если напряжение сетки тиратрона доходит приблизительно до минус 1,5 в (точка а на кривой второй производной кривой титрования--в правой части рисунка), тиратрон гаснет, перестает проводить ток и реле Pi отпускает. Когда реле Pi обесточивается, конденсатор С5 заряжается батареей Я3 через сопротивление Rs. Тиратрон остается отключенным до тех пор, пока сетка не станет несколько более положительной, чем минус 1,5 в, что представлено в точке b на кривой входного напряжения тиратрона. В точке Ь тиратрон снова начинает проводить ток и включает реле Pi. Последнее подключает заряженный конденсатор С5 на реле Pi, которое открывает свои контакты 1Р2.

Электрическая цепь, питающая электромагнит ЭМ клапана бюретки, обычно обесточена, поскольку переключатель К и контакты реле Р3 открыты. Для того чтобы начать подачу титранта, необходимо подключить электромагнит клапана бюретки к электропитанию. Это производится путем нажатия кнопки К (с возвратной пружиной), которая подключает обмотку реле переменного тока Рз к питающему напряжению ПО в, при этом контакты 1Р3 и 2Р3 реле закрываются и реле самоблокируется. Титрант- непрерывно подается с того времени, когда нажата пусковая кнопка К, до тех пор, пока конденсатор С5 не разрядится на обмотку реле Рг, а это соответствует моменту окончания титрования.

Когда контакты реле Р2 открываются, открываются и контакты реле Рз. Хотя конденсатор С5 быстро разряжается через обмотку реле Р2 и контакты последнего открываются только на мгновение, питание, подаваемое на электромагнит бюретки, будет прекращено, так как контакты реле Рз разомкнутся. Питание бюретки остается обесточенным до тех пор, пока кнопка К не будет нажата для следующего титрования. Сопротивление Rs, через которое заряжается конденсатор С5, действует как надежное устройство для устранения ложных конечных точек, когда уровень шума, наложенный на напряжение второй производной, является большим. Если перемешивание является неэффективным или расход титранта слишком быстрый, возможно местное скопление титранта высокой концентрации около индикаторного электрода, что может дать в результате случайные пики напряжения в области конечной точки. Если бы Rs не находилось в цепи заряда конденсатора Св, то конденсатор С5 мог бы заряжаться от мгновенных острых импульсов напряжения, а реле Рг срабатывало. Однако если Rs будет выбрано такой величины, что потребуется 1--2 сек для заряда С б до достаточного напряжения, приводящего в действие реле- Р2, то маловероятно, что какие-либо случайные н острые импульсы напряжения на сетке тиратрона могут вызвать срабатывание реле Р2. Величина Rs зависит обычно or времени, требуемого для прохождения от точки а до точки b на кривой второй производной напряжения. Это время зависит от нескольких факторов, включающих расход титранта и скорость изменения напряжения в конечной точке. Для большинства титрований время от а до b больше 3 сек.

Схема работы реле требует, чтобы входное напряжение второй производной вначале имело отрицательную полуволну. Поэтому электроды должны соединяться таким образом, чтобы сеточное напряжение на входе усилительно-дифференцирующей схемы становилось бы отрицательным по отношению к катоду. Это не представляет какой-либо серьезной проблемы, поскольку направление изменения напряжения индикаторного электрода обычно известно. В некоторых случаях удобно оставлять электроды соединенными в одном направлении независимо от направления изменения напряжения в конечной точке. Это возможно при применении несколько более сложной системы реле. Действительная конечная точка обозначена точкой с на кривой входного напряжения тиратрона. Эта точка несколько отличается от точки Ь, где отключается бюретка, хотя разница незначительна.

Потенциометрические титрометры

Типичным представителем потенциометрических титрометров является титрометр английской фирмы Doran Instrument Ltd (рис. 34). Титрометр состоит из электронного блока 1 с показывающим прибором 6 и двух узлов для титрования, расположенных

Рис. 14. Титрометр фирмы Doran Instrument Ltd

по краям электронного- блока Каждый узел имеет штатив 2, на котором закреплена бюретка 3, электродвигатель мешалки 4, электроды 5, подставка 7 с установленным на ней сосудом для титрования 8. Пределы показывающего прибора 0--14 рН, точность прибора 0,05 рН (2 мв).

Потенциометрические полуавтоматические титраторы

На рис. 15 показан титратор типа ТТТ-1, разработанный фирмой Radiometer (Дания). Титратор состоит из электронного блока управления 1 типа ТТТ-1, в котором размещены рН-метр с показывающим прибором 2 и блок управления с панелью управления и настройки 3, а также из блока титрования, состоящего из под ставки 4, несущей магнитную мешалку 5 и штатив 6. На штативе закреплены электроды 7, опущенные в стакан 8, а также бюретка 9. На подставке 4 закреплен сосуд 10 с запасом титранта. С помощью резиновой груши (на рисунке не показана) бюретка пополняется титрантом, выдавливаемым сжатым воздухом из сосуда 10. Бюретка снабжена автоматическим электромагнитным клапаном 11, прекращающим в конечной точке подачу титранта. Титраторы этого типа могут быть оснащены рядом дополнительных устройств. Например, с помощью селектора типаELS12 можно подключить к одному электронному блоку до четырех блоков титрования.

Титрограф фирмы Radiometer

7 -- сменный блок шестерен; 2 - шкала; 3 -- нож для отрезания диаграммы; 4 -- рычаг установки скорости подачи диаграммы; 5 -- шкала установки скоростей подачи диаграммы; 6 -- 'электродвигатель мешалки; 7 -- держатель электродов; 8 -- держатель сосуда для титрования; 9 -- шприцевая бюретка подключаемые к электронному блоку ТТТ-1, комплектуют прибор для регистрации кривых титрования -- титрограф (рис. 16)

Электронный блок ТТТ-1 позволяет осуществлять автоматическое прекращение подачи титранта в конечной точке титрования с температурной компенсацией величины рН, расширение заданного участка шкалы рН-метра, установку потенциала конечной точки в пределах 2--12рН, установку заданной зоны пропорциональности, в которой титрант начинает подаваться замедленно, при этом степень замедления подачи титранта зависит от разности между текущей величиной потенциала и величиной потенциала, соответствующей конечной точке титрования. Специальное подсоединение обеспечивает (при замене стеклянных и каломельных электродов на платиновые) проведение титрования с поляризующимися электродами.

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ТИТРОГРАФЫ

Кроме описанного ранее титрографа фирмы Radiometer (Дания) с блоком для регистрации кривых, ниже приводятся характеристики титрографа S-29685 Titrator Model D [Л. 30], разработанного американской фирмой Sargent and Со. Этот титрограф (рнс. 17) может

Титрограф фирмы Sargent and Co.

одновременно выполнять два вида титрований на двух титровальных ячейках, при этом регистрируется либо кривая титрования, либо ее производная. Бюретки шприцевые -- стеклянные, с моторным приводом, сменного типа со взаимозаменяемыми плунжерами на 50 и 10 мл. Скорости подачи от 10 до 1/15 мл/мин. Точность бюретки 0,1%. Шкала регистратора 1--2--5--10 рН (100--200--500-- 1 000 мв) при точности 0,25%. Прибор оборудован магнитными мешалками с переменной скоростью вращения, оснащен регулятором скорости подачи титранта, действующим от первой производной к скорости отклонения сигнала. Титрограф может работать со стеклянными или металлическими электродами, он оснащен блоком для титрования с поляризующимися электродами.

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ТИТРАТОРЫ ПРЕРЫВИСТОГО ДЕЙСТВИЯ

Среди зарубежных представителей этого класса приборов следует отметить одну из первых разработок фирмы Electronic Instruments (Англия) под названием Titroinatic Analyser [Л. 31]. Этот прибор отличался использованием стеклянных элементов в блоке титрования (мерные сосуды с контактами, фиксирующими уровень жидкости, запорные электромагнитные клапаны со стеклянными притертыми запирающими поверхностями и т. д.). Титратор обладал следующими характеристиками установка конечной точки в пределах 2--12 рН, длительность цикла от 3 до 30 мин, объем анализируемой пробы от I до 100 мл, бюретка стеклянная (с фотоэлектрическим индикатором уровня титранта в ней) объемом 25 или 50 мл. Прибор состоял из двух блоков -- титрования и управления.

Среди зарубежных автоматических титраторов, изготовленных с ограниченным применением деталей из стекла, а следовательно, с повышенной прочностью конструкции, следует отметить приборы фирмы Bran una Liibbe (ФРГ) и Baird and Tatlock (Англия). В титраторе фирмы Bran und Lubbe, известным под названием Titrometer, применены шприцевые бюретки и мембранные дозаторы. В нем нет ни одной детали из стекла. Титратор конструктивно выполнен в одном блоке. Прибор предназначен для автоматического определения ряда элементов, в том числе двухвалентного железа (в пределах 0--0.3 и 0--5 мг/л) в гидрометаллургических растворах с погрешностью определения ±1%. Температурная погрешность ±0,02%/Т [Л, 32].

Титраторы, разработанные английской фирмой Baird and Tatlock под названием Analmatic, имеют ряд разновидностей. Некоторые из них размещены в одном корпусе, другие размещены в двух отдельных блоках -- титрования* и управления. Одна группа титраторов оборудована стеклянными бюретками (с фотоэлектрической следящей системой для определения уровня титранта), другая -- шприцевыми бюретками с моторным приводом.

Одними из первых отечественных автоматических потенциометрических титраторов прерывистого действия были приборы, разработанные СКВ по автоматике нефтепереработки и нефтехимии (СКВ АНН). Хорошо зарекомендовал себя в работе титратор повышенной надежности. В нем были применены поворотный дозатор отсечного типа, шприцевал бюретка и регистрирующий прибор с автономным электродвигателем. В приборе отсутствует специальное программное устройство, весь цикл титрования занимает 10 мин. Регистрация показаний может осуществляться и с помощью цифропечатающего механизма [Л. 5].

Ряд автоматических титраторов был разработан в середине 90-х годов в Дзержинском филиале ОКБА. Это титраторы типов ТП-1 и ТП-2. Оба типа приборов пригодны для работы во взрывоопасных помещениях, блоки титратора конструктивно размещены на двух щитах: титрования и управления. Отличием приборов является дифференциальное определение конечной точки титрования, применение мембранных и шприцевых дозаторов с пневматическим управлением, а также шприцевых бюреток. Титратор ТП-1 предназначен для определения концентраций щелочей и кислот (в качестве индикаторного применен стеклянный электрод); титратор ТП-2 (с металлоокисным индикаторным электродом) применяется дли определения концентраций окислителей, восстановителей, органических кислот и оснований.

Одними из лучших отечественных титраторов этого класса являются приборы, разработанные СКВ АП (г. Тбилиси), типов AT-220, АТ-64 п др. Эти титраторы отличаются использованием унифицированных узлов (шприцевые бюретки с задающими реохордами, клапаны, титроазльные ячейки и др.), они надежны в эксплуатации. На рис. 18 показан общин вид потенциометрического титратора АТ-64,

Рис. 18. Потенциометрический автоматический титратор АТ-64.

предназначенного для определения и регистрации содержания трех компонентов в одной пробе алюмнатных растворов глиноземного производства, а также регистрации четвертой величины (каустического! модуля), вычисляемой по результатам проведенных определений. Прибор состоит из трех отдельных узлов; щита управления, в верхней части которого расположены блок управления, миллиамперметр и блок регулирования, а в нижней части -- четыре регистрирующих прибора, блока титрования и высокоомного преобразователя ПВУ-5256, установленного на стойке.

Блок управления предназначен для обеспечения питания системы реохордов, расположенных на бюретках, и подачи пропорционального расходу титранта сигнала на регистрирующий прибор, а также для питания электромагнитов клапанов. На передней панели блока вынесены тумблеры включения мешалки, блока титрования, ручки потенциометров настройки начала и конца шкал регистрирующих приборов. Блок регулирования является задатчиком точки конца титрования и предназначен для регулирования подачи титранта в титровальную ячейку по мере приближения к конечной точке титрования.

На переднем панели блока вынесены лампы сигнализации начала и конца титрования, ручки задатчиков точек конца титрования. Электронно-релейная схема блока преобразует входное напряжение в сигналы соответствующей длительности. Работа подобной схемы описана ранее (см. рис. 32).

В основу работы прибора АТ-64 положен метод трехступенчатого потенциометрического титрования с применением стеклянно-каломельный электродной пары.

Титрование ведется титрантом (НС1) последовательно в одном растворе до соответствующих конечных точек. Количество титранта, израсходованного на титрование, преобразуется с помощью реохор доз в напряжения постоянного тока, подаваемые на входы регистрирующих приборов, шкалы которых отградуированы непосредственно в единицах концентрации анализируемого продукта.

На рис. 19 показана блок-схема титратора АТ-64. Прибор состоит из блока титрования БТ, щита управления ЩУ и высокоомного преобразователя Пр (ПВУ 5256). В блоке титрования БТ находятся сосуды 1--4 для реактивов, дроссели 5 и 6, мерные сосуды 7--9 и дозатор 10, сосуд // с раствором КС1 каломельного электрода, титровальная ячейка 12, оснащенная электродной парой 13 и мешалкой 14. В блоке титрования установлены также шприцевые бюретки ?>i -- 5з, приводимые в действие электродвига гелями Д -- Дз. Бюретки оборудованы задающими реохордами Яц. Все перепускные операции осуществляются с помощью электромагнитных клапанов Кл -- Кл10. В щите управления расположены показывающий милливольтметр М, блоки регулирования БР и управления БУ, блок питания БЛ, командный прибор К.П (КЭП-12у) и регистрирующие потенциометры U-- 74.

При достижении заданного значения рН раствора, соответствующего концу первой ступени титрования, воздействием выходного сигнала (тока) преобразователя срабатывает блок регулирования БР и отключает электропривод бюретки Б\. Заканчивается первая ступень титрования, в результате которой определяется концентрация первого компонента в анализируемом растворе;

ѕ включается электропривод Д? и из бюретки Б2 выдавливается титрант, который поступает в ячейку 12. Начинается вторая ступень титрования. Одновременно с началом движения поршня бюретки Б2 начинают двигаться движки сдвоенного реохорда R3-- R4. При достижении заданного значения рН раствора, соответствующего концу второй ступени титрования, воздействием выходного сигнала (тока) преобразователя Пр срабатывает блок регулирования БР и отключает электропривод Д2. Заканчивается вторая ступень титрования, в результате которого устанавливается значение концентрации второго компонента:

ѕ включается электропривод Д3 и из бюретки Б титрант выдавливается в титровальную ячейку 12. Начинается третья ступень титрования. Одновременно с началом движения поршня бюретки Б начинает двигаться движок реохорда R$.

При достижении заданного значения рН раствора, соответствующего концу третьей ступени титрования, воздействием выходного сигнала (тока) преобразователя Пр срабатывает блок регулирования БР и отключает электропривод Дз. Заканчивается третья ступень титрования, в результат которого устанавливается значение концентрации третьего компонента;

6)включается блок управления БУ и на записывающие приборы.

На приборе Я2 производится деление сигнала, пропорционального концентрации первого компонента, на сигнал, пропорциональный концентрации второго компонента. Прибор регистрирует результат этого деления;

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ТИТРАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Примером регулирующего непрерывного титратора, действующего через объект, служит титратор, предназначенный для поддержания заданной щелочности пульпы в контактном чане [Л. 36].

Система измерительных и регулирующих устройств (рис. 20) состоит из пробоотборной трубки 2, насосов 5, 6 и 7, титровальной ячейки 8, рН-метра 14, дублирующего прибора 15, клапана 12, регулирующего подачу щелочи н. контактный чан 1, устройств 19, 20 и 21, изменяющих производительность насосов, позиционера 18 и емкостей 28 и. 29 с запасами титраита (раствора кислоты) и воды.

Система работает следующим образом: насос 5, перекачивающий воду из емкости 29 через трубку 3. имеет производительность в 45 мл/мин. Производительность насоса 6, закачивающего пробу из емкости / в титровальную ячейку 8, установлена 50 мл/мин. Таким образом, через пробоотборную трубку 2 поступает в титровальную ячейку через трубку 4 пульпа в количестве 5 мл/мин котором закреплены кулачки 23. Пр каждом обороте вала кулачки перемещают через тарелки 24 плунжеры насосов. Величины хода плунжеров (производительность) насосов определяются размерами кулачков и положением упоров 26. Тарелки прижимаются к кулачкам и упорам пружинами 25. Производительность насосов 5 и 6 устанавливается вручную с помощью рукояток 27, перемещающих упоры 26. В насосе 7 производительность устанавливается автоматически с помощью пневматического позиционера 18. Регулирующий воздух в позиционер 18 поступает от пневматического регулятора, встроенного в прибор 14. Чем больше щелочность пульпы в контактном чане 1, тем больше позиционер 18 добавляет кислоты с тем. чтобы нейтрализовать- жидкость, протекающую через титровальную ячейку. Таким образом, давление воздуха, поступающее на позиционер, пропорционально. Метод трехступенчатого титрования алюминатных растворов глиноземного производства разработан в СКВ «Цветметавтоматика»,

Потенциометрический титратор АТ-220 предназначен для непрерывного (циклического) измерения и регистрации смешанного раствора серной кислоты и сернокислой меди в гидрометаллургическом производстве рафинированной меди с помощью двухступенчатого титрования [Л. 35].

Первая конечная точка (кислота) определяется при рН-3,5, вторая (сернокислая медь)--при рН-6,5. Пределы измерения: 130--230 г/л серной кислоты и 80--120 г/л сернокислой меди. Длительность каждого цикла не менее 7 мин. Титратор состоит из блоков титрования и управления.

Излишек жидкости из титровальной ячейки сливается через трубку 9. Одновременно из емкости 28 в титровальную ячейку с помощью насоса 7 поступает титрант в количестве, зависящем от щелочности пульпы в контактном чане. Величина рН в титровальной ячейке измеряется электродной парой 10 со вторичным прибором 14. Насосы 5, 6 и 7 приводятся в действие от электродвигателя 16 с редуктором 17 посредством вала 22, на

Рис. 20. Схема автоматического титратора непрерывного действия, действующего через объект регулирования

щелочности пульпы в контактном чане. Это давление поступает также на вход дублирующего прибора 15, шкала которого отградуирована непосредственно в единицах щелочности пульпы. В прибор 15 также встроен пневматический регулятор, регулирующий импульс от которого направляется в исполнительный механизм 13. Последний с помощью регулирующего клапана 12 управляет подачей щелочи, поступающей по трубе 11 в контактный чан 1.

Так система поддерживает заданную щелочность пульпы в контактном чане.

На рис. 21 показана блок-схема непрерывного титратора с непосредственной регистрацией концентрации ионов металлов (цинк ил» медь) в растворах [Л. 19].

Блок-схема автоматического титратора непрерывного действия

В титраторе применены перистальтические насосы, действие которых основано на передвижении по кольцевой резиновой или пластикатовой трубке пары роликов, прижимаемых к трубке. Ролики образуют передвижную камеру, с помощью которой жидкость перекачивается по трубке.

Оригинально выполнен индикаторный электрод в виде платиновой втулки, через которую протекает раствор.

В приборе применено обратное титрование, более выгодное при окислительно-восстановительных реакциях с применением трилона-Б в качестве титранта (из-за малой скорости протекания самой реакции).

В первый смеситель 4 с помощью насосов постоянной производительности /, 2 п 3 подаются соответственно исследуемый раствор, содержащий цинк (или медь), раствор трилона-Б и буферный раствор. Трилон-Б подается в избытке. После смесителя 4 раствор поступает в емкость задержки 5, через которую раствор проходит примерно за 10 сек. За это время трилон-Б и цинк (или медь) успевают полностью прореагировать между собой. Затем раствор поступает во второй смеситель 6, в который поступает реагент, содержащий ионы цинка (или меди), с постоянной скоростью с помощью насоса 7 и титрант (трилон-Б) с помощью насоса 10 с переменной скоростью, зависящей от потенциала, снимаемого с электродов 8. Сигнал с электродов направляется в сервосистему 9, которая управляет производительностью насоса 10.

Таким образом, контролируемая производительность насоса 10 линейно зависит от концентрации определяемого металла в исследуемом растворе.

В ФРГ выпускается промышленный потенциометрический титратор непрерывного действия, известный под названием Robotj Titrator и представляющий собой полностью автоматизированный прибор. Анализируемый раствор прокачивается через титровальную ячейку насосом с постоянной производительностью. В ячейке располагаются электроды. Разность потенциалов между ними усиливается в электронном блоке. К выходу электронного блока подключен регулятор, управляющий производительностью второго дозировочного насоса, подающего титрант в ячейку, так чтобы в последней поддерживалось установленное значение рН. Как и в других приборах этого класса, концентрация определяемого вещества пропорциональна производительности дозировочного насоса. Прибор снабжен самописцем с регулировочными контактами верхней и нижней границ допустимой зоны концентрации. Контакты используются как для сигнализации отклонений, так и для целей автоматического регулирования технологического процесса [Л. 32].

В Советском Союзе в ИАТ(ТК) был разработан автоматический потенциометрическнй титратор -- регулятор типа АТР-2, также относящийся к группе непрерывных титраторов. Прибор предназначен для контроля кислотности или щелочности в быстро протекающих процессах. В комплект прибора входят блок титрования, блок стандартного раствора, а также высокоомный преобразователь ПВУ-5256. В качестве вторичного прибора применяются регулирующие потенциометры типов ЭПП-09 или ЭПД-32 Отличительной особенностью прибора являются дозаторы пробы и титранта, действующие по методу вытеснения жидкости из заданного объема с помощью погружаемых в нее стержней. Время каждого цикла непрерывного процесса дозирования --около 20--30 сек. Расходы титранта и анализируемого раствора --по 0,25 л/ч. Диапазон определения кислот и щелочей от 0,2 до 300 г/л. Погрешность определения +3%.