ГЛАВА 2
ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Техника низкотемпературной направленной кристаллизации
Для проведения процесса низкотемпературной направленной кристаллизации (ННК) использовали разработанную и усовершенствованную установку, описанную в работах [153, 192]. Ее общий вид и схема представлены на рис. 2.1 и 2.2 соответственно, электрическая схема - на рис. 2.3.
Рис. 2.1. Общий вид установки для низкотемпературной направленной кристаллизации.
Рис 2.2. Принципиальная схема установки для направленной кристаллизации водных растворов:
1 - привод вращения; 2 - привод вертикального перемещения; 3 - платформа; 4 - устройство для ручного перемещения платформы; 5 - стойка; 6 - контактный термометр; 7 - холодильная камера; 8 - антифриз; 9 - испаритель; 10 - пульт управления; 11 - мешалка; 12 - нагреватель сопротивления; 13 - контейнер с пробой; 14 - контрольный термометр; 15 - держатель; 16 - шкив; 17 - шпиндель; 18 - устройство для ручного перемещения шпинделя.
Рис. 2.3. Принципиальная электрическая схема установки для низкотемпературной направленной кристаллизации:
Д - электродвигатель; ТК - контактный термометр; RH - нагреватель сопротивления; ВА - автоматический выключатель; ЛС - сигнальная лампа; R - резистор; С - конденсатор; ВМ - микровыключатель; Т - тумблер; V - транзистор; СН - стабилизатор напряжения; АТ - автотрансформатор; МП - магнитный пускатель; РЭ - электромагнитное реле.
1 - питание схемы ( ? 220 В, 2 А); 2 - контроль напряжения; 3 - электропривод механизма реверса шпинделя; 4 - электропривод вращения шпинделя; 5 - электропривод перемещения шпинделя; 6 - электропривод мешалки; 7 - регулятор температуры; 8 - питание схемы ( ? 380 В); 9 - схема управления электроприводом; 10 - электроприводы холодильного агрегата; 11 - стабилизатор напряжения ( ? 220/127 В); 12 - автотрансформатор; 13 - нагреватели сопротивления.
Направленную кристаллизацию проводили [153], начиная с затравки, по методу Бриджмена-Стокбаргера. Исследуемые образцы помещали в стеклянные контейнеры, которые с заданной постоянной скоростью опускали из зоны кольцевого нагревателя сопротивления в холодильную камеру-термостат, заполненную жидким антифризом и охлаждаемую при помощи испарителя холодильного агрегата компрессионного типа. Перемешивание раствора над растущим ледяным слитком осуществляли реверсивным вращением контейнеров вокруг собственной вертикальной оси. Как сказано в гл.1, на необходимость перемешивания жидкой фазы указывали многие авторы [153, 195, 196, 199]. Мы поставили два опыта, в которых все условия проведения кристаллизационного концентрирования были одинаковы за исключением перемешивания: в одном из опытов оно отсутствовало. В контейнеры помещали раствор красителя арсеназо I с концентрацией 0,003 г/л и подвергали ННК со скоростью 11 мм/ч. Коэффициент распределения kL оказался равным 0,03 в случае, когда раствор перемешивался, и 0,7 без перемешивания. Этот опыт подтверждает необходимость перемешивания раствора.
Параметры установки для ННК: рабочая температура в холодильной камере -15?С; скорость вращения контейнеров 5 с-1; период вращения контейнеров в одну сторону 3 с; период остановки 1 с [153].
Некоторые пояснения к рис. 2.2. На платформе (3) расположены держатели стеклянных контейнеров. Привод ручного перемещения (4) позволяет быстро поднимать и опускать платформу для получения затравки в начале кристаллизации и извлечения контейнера после завершения процесса. Контактный термометр (6) используется для задания рабочей температуры в холодильной камере. Антифриз (8) является смесью этиленгликоля и воды в отношении 1 : 1 по объему. Испаритель (9) соединен с холодильным агрегатом ВН-0,35-3 компрессионного типа, хладоагентом служит фреон-22. Механическая мешалка (11) обеспечивает быстрое выравнивание температуры в холодильной камере. Кольцевые нагреватели сопротивления (12) служат для создания необходимого градиента температуры на фронте кристаллизации.
Контейнеры для кристаллизационного концентрирования (рис. 2.4) изготавливали, как правило, из стекла "пирекс".
Рис. 2.4. Контейнер переменного сечения для направленной кристаллизации водных растворов.
Однако в тех случаях, когда концентрирование проводилось с целью дальнейшего определения фосфат-ионов, использовали контейнеры из молибденового стекла для снижения результата "холостого" опыта за счет силикат-ионов, попадающих в анализируемый концентрат из материала контейнера и мешающих проведению анализа. Объем широкой части контейнера ~100 мл, диаметр 60 мм. В нижней части колбы находится капилляр для получения затравки. Из верхней части контейнера диаметром 22 мм отбирали концентрат [153].
В предварительно взвешенный контейнер помещали пробу воды такой массы, чтобы она полностью занимала широкую часть контейнера. Контейнер закрепляли в прободержателе, затем с помощью ручного привода перемещения опускали его в холодильную камеру и включали привод реверсивного вращения. После получения затравки извлекали контейнер из холодильной камеры, оставляя опущенным в антифриз только капилляр с затравкой, и включали кольцевой нагреватель. При этом образовавшиеся во время формирования затравки ледяные кристаллы в исследуемом растворе, кроме затравки в капилляре, расплавлялись. Затем задавали нужную скорость роста кристалла и включали привод автоматического перемещения.
После окончания процесса кристаллизации в контейнер вливали 1,5 мл доведенной до кипения бидистиллированной воды, растворяли верхнюю часть слитка, полученный концентрат взвешивали, разбавляли бидистиллированной водой до нужного объема и анализировали.
2.2. Аппаратура для ана