›
›

Xác định chỉ số khúc xạ

pdf 41 trang phuongnguyen 30
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Xác định chỉ số khúc xạ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfxac_dinh_chi_so_khuc_xa.pdf

Nội dung text: Xác định chỉ số khúc xạ

  1. XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ KHÚC XẠ
  2. XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ KHÚC XẠ Chỉ số khúc xạ (n) của một chất so với khơng khí là tỷ lệ giữa sin của gĩc tới và sin của gĩc khúc xạ của chùm tia sáng truyền từ khơng khí vào chất đĩ. Chỉ số khúc xạ thay đổi theo bước sĩng ánh sáng được dùng để đo và nhiệt độ. Chỉ số khúc xạ cĩ giá trị để định tính và phát hiện tạp chất của thuốc. Nếu khơng cĩ chỉ dẫn gì khác, chỉ số khúc xạ được đo ở 20oC 0,5oC với tia sáng cĩ 20 bước sĩng tương ứng với vạch D của natri ( 589,3 nm), ký hiệu n D . Máy Khúc xạ kế dùng để xác định gĩc tới hạn của mơi trường. Khi đo, phần chủ yếu của lăng kính cĩ chỉ số khúc xạ biết trước đặt tiếp xúc với mơi trường được khảo sát. Hầu hết khúc xạ kế được thiết kế để sử dụng nguồn sáng trắng, khi sử dụng nguồn sáng trắng, khúc xạ kế được trang bị hệ thống bổ chính và được hiệu chuẩn lại để cho kết quả đọc tương ứng với vạch D của đèn natri.
  3. Thang đo chỉ số khúc xạ phải đọc được các giá trị với ít nhất 3 số lẻ thập phân. Nhiệt kế chia độ tới 0,5oC hoặc nhỏ hơn. Để đạt được độ chính xác, cần thiết phải hiệu chuẩn lại máy với các chất chuẩn do nhà sản xuất cung cấp hay bằng cách xác định chỉ số khúc xạ của nước cất tại 25oC là 1,3325 và tại 20oC là 1,3330.
  4. 6.2 XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ PH pH là một số biểu thị quy ước nồng độ ion hydrogen của dung dịch nước. Trong thực hành, định nghĩa trên là một định nghĩa thực nghiệm. pH của một dung dịch liên quan với pH của một dung dịch đối chiếu theo biểu thức sau: E Es pH = pHs - k Trong đĩ: E: Điện thế, tính bằng von, của pin chứa dung dịch được khảo sát. Es: Điện thế, tính bằng von, của pin chứa dung dịch đã biết pH (dung dịch đối chiếu). pHs: Là pH của dung dịch đối chiếu. k: Hệ số cĩ giá trị thay đổi theo nhiệt độ ghi ở bảng 6.2-1
  5. Bảng 6.2.1: Giá trị của k ở các nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ k 15o 0,0572 20o 0,0582 25o 0,0592 30o 0,0601 35o 0,0611 Máy Trị số pH của một dung dịch được xác định bằng cách đo thế hiệu giữa điện cực chỉ thị nhạy cảm với ion hydrogen (thường là điện cực thủy tinh) và một điện cực so sánh (thí dụ điện cực calomel bão hồ).
  6. Máy đo là một điện thế kế cĩ trở kháng đầu vào gấp ít nhất 100 lần trở kháng của các điện cực sử dụng. Nĩ thường được phân độ theo đơn vị pH và cĩ độ nhạy đủ để phát hiện được những thay đổi cỡ 0,05 đơn vị pH hoặc ít nhất 0,003 V. Các điện cực thủy tinh phù hợp và các kiểu máy đo pH kể cả máy đo pH hiện số đều phải đáp ứng yêu cầu trên. Vận hành máy đo pH và hệ thống điện cực tuỳ theo sự chỉ dẫn của hãng sản xuất. Tất cả các phép đo đều cần phải tiến hành trong cùng một điều kiện nhiệt độ khoảng từ 20 đến 25oC, trừ những trường hợp cĩ quy định khác trong chuyên luận riêng. Hiệu chuẩn máy: Dùng dung dịch đệm chuẩn D ghi trong bảng 6.2.2 là chuẩn thứ nhất, đo và chỉnh máy để đọc được trị số pH của chuẩn ghi ở bảng tương ứng với nhiệt độ của dung dịch. Dùng một dung dịch đệm chuẩn thứ hai (chọn một trong các dung dịch quy định ghi ở bảng 6.2.2) để chỉnh thang đo. Trị số pH đo được của dung dịch đệm chuẩn thứ ba, dung dịch cĩ trị số pH nằm giữa trị số pH của đệm chuẩn thứ nhất và thứ hai, phải khơng được sai khác nhiều hơn 0,05 đơn vị pH so với trị số pH tương ứng ghi trong bảng 6.2.2. Phương pháp đo Nhúng các điện cực vào trong dung dịch cần khảo sát và đo trị số pH ở cùng nhiệt độ đo của các dung dịch đệm chuẩn khi hiệu chuẩn máy.
  7. Khi máy được dùng thường xuyên, việc kiểm tra thang đo pH phải được thực hiện định kỳ. Nếu máy khơng thường xuyên dùng, việc kiểm tra cần thực hiện trước mỗi phép đo. Tất cả các dung dịch và dịch treo của chế phẩm khảo sát và các dung dịch đệm chuẩn, phải được pha chế với nước khơng cĩ lẫn carbon dioxyd. Khi đo các dung dịch cĩ pH trên 10,0 phải đảm bảo rằng điện cực thủy tinh đang dùng là phù hợp, chịu được các điều kiện kiềm và cần áp dụng hệ số điều chỉnh trong phép đo. Sau cùng đo lại trị số pH của dung dịch đệm chuẩn dùng để hiệu chuẩn máy và điện cực. Nếu sự khác nhau giữa lần đọc này và trị số gốc của dung dịch đệm chuẩn ấy lớn hơn 0,05 thì các phép đo phải làm lại. Các dung dịch đệm chuẩn Dung dịch đệm A: Hồ tan 12,61 g kali tetraoxalat (TT) trong nước vừa đủ để cĩ 1000 ml dung dịch (0,05M). Dung dịch đệm B: Lắc kỹ một lượng thừa kali hydro (+)-tartrat (TT) với nước ở 25 oC. Lọc hoặc để lắng gạn. Pha ngay trước khi dùng. Dung dịch đệm C: Hồ tan 11,41 g kali dihydrocitrat (TT) trong nước vừa đủ để cĩ 1000 ml dung dịch
  8. (0,05 M). Pha ngay trước khi dùng. Dung dịch đệm D: Hồ tan 10,13 g kali hydrophtalat (TT) (đã sấy khơ trước ở 110 đến 135oC) trong nước vừa đủ để cĩ 1000 ml dung dịch (0,05 M). Dung dịch đệm E: Hồ tan 3,39 g kali dihydrophosphat (TT) và 3,53 g dinatri hydrophosphat khan (TT) (cả hai đã được sấy khơ trước ở 110 đến 130 oC trong 2 giờ) trong nước vừa đủ để cĩ 1000 ml dung dịch (0,025 M cho mỗi muối). Dung dịch đệm F: Hồ tan 1,18 g kali dihydrophosphat (TT) và 4,30 g dinatri hydrophosphat khan (TT) (cả hai đã được sấy khơ trước ở 110 đến 130oC trong 2 giờ) trong nước vừa đủ để cĩ 1000 ml dung dịch (0,0087 M và 0,0303 M cho mỗi muối theo thứ tự kể trên). Dung dịch đệm G: Hồ tan 3,80 g natri tetraborat (TT) trong nước vừa đủ để cĩ 1000 ml dung dịch (0,01 M). Bảo quản tránh carbon dioxyd của khơng khí. Dung dịch đệm H: Hồ tan 2,64 g natri carbonat khan (TT) và 2,09 g natri hydrocarbonat (TT) trong nước vừa đủ để cĩ 1000 ml dung dịch (0,025 M cho mỗi muối). Bảng 6.2.2: pH của dung dịch đệm chuẩn ở nhiệt độ khác nhau. Nhiệt độ Dung dịch đệm
  9. to A B C D E F G H 15o 1,67 - 3,80 4,00 6,90 7,45 9,28 10,12 20o 1,68 - 3,79 4,00 6,88 7,43 9,23 10,06 25o 1,68 3,56 3,78 4,01 6,87 7,41 9,18 10,01 30o 1,68 3,55 3,77 4,02 6,85 7,40 9,14 9,97 35o 1,69 3,55 3,76 4,02 6,84 7,39 9,10 9,93 pH/ t + 0,001 - - 0,0022 + - 0,0028 - 0,0028 - - 0,0096 0,0014 0,0012 0,0082 pH/ t là độ lệch pH trên 1oC
  10. 6.3 XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG Độ nhớt của chất lỏng là một đặc tính của chất lỏng liên quan chặt chẽ đến lực ma sát nội tại cản lại sự di động tương đối của các lớp phân tử trong lịng chất lỏng đĩ. Độ nhớt lực học hay độ nhớt tuyệt đối, ký hiệu là , là lực tiếp tuyến trên một đơn vị diện tích bề mặt, được biết như một ứng suất trượt  (biểu thị bằng pascal), cần thiết để di chuyển một lớp chất lỏng 1m2 song song với mặt phẳng trượt ở tốc độ (v) là 1 m/s so với lớp chất lỏng song song ở một khoảng cách (x) là 1m. Tỷ lệ dv/dx là gradient vận tốc cho tốc độ trượt D, biểu thị là nghịch đảo của giây (s-1) và  = /D. Đơn vị của độ nhớt lực học là pascal giây (Pa s) hoặc newton giây trên mét vuơng (N s/ m2) và ước số hay dùng là milipascal giây (mPa s). Ngồi ra người ta cịn dùng đơn vị độ nhớt cơ bản là poazơ (P) và ước số hay dùng là centipoazơ (cP). 1 Pa s = 1000 mPa s = 1 N s/m2 1 P = 0,1 Pa s = 100cP = 100 mPa s Độ nhớt lực học của nước cất ở 20 oC xấp xỉ bằng 1 centipoazơ Độ nhớt động học () là tỷ số giữa độ nhớt lực học và khối lượng riêng ( ) của chất lỏng (biểu thị bằng kg/m3), cả hai đều được xác định ở cùng nhiệt độ t.
  11.   Đơn vị độ nhớt động học là m2/s, ước số là mm2/s. Ngồi ra người ta cịn dùng đơn vị độ nhớt động học là stốc (St) và ước số hay dùng là centistốc (cSt). 1 St = 10-4 m2/s 1 cSt = 10-6m2/s = 1 mm2/s Độ nhớt động học của nước cất ở 20 oC xấp xỉ bằng 1 cSt. Khi tính độ nhớt động học của một chất lỏng theo stốc hay centistốc, đi từ độ nhớt lực học tính theo poazơ hay centipoazơ thì khối lượng riêng của chất lỏng đĩ phải tính theo g/cm3. Độ nhớt thay đổi rõ rệt khi nhiệt độ thay đổi. Nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm và ngược lại. Vì vậy, phải xác định độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ ổn định, dao động khơng quá 0,1oC. Phương pháp xác định độ nhớt của chất lỏng Phương pháp I: Phương pháp đo thời gian chảy của chất lỏng qua ống mao quản Nhiều nhớt kế mao quản với những kích thước khác nhau, thích hợp cho việc xác định độ nhớt của các chất lỏng khác nhau. Mỗi loại cĩ một hằng số dụng cụ (k) riêng.
  12. Trong số những nhớt kế mao quản, nhớt kế Ostwald thường hay được sử dụng nhất (hình 6.3.1) Cách xác định độ nhớt bằng nhớt kế Ostwald: Dùng pipet dài để chuyển qua miệng ống B chất lỏng cần xác định độ nhớt đã được ổn định nhiệt độ ở 20 oC 0,1oC (trừ khi cĩ chỉ dẫn khác) vào bầu chứa V, sao cho khơng dính hoặc chỉ dính rất ít chất lỏng đem thử vào thành ống B ở phía trên bầu V. Đặt nhớt kế thẳng đứng và chìm hết bầu V trong mơi trường điều nhiệt ở nhiệt độ ở 20 oC 0,1oC (trừ khi cĩ chỉ dẫn khác) trong 30 phút. Sau đĩ dùng quả bĩp cao su (phụ kiện của dụng cụ đo độ nhớt) thổi từ miệng ống B để chất lỏng dâng lên quá ngấn chuẩn a thì ngừng bơm, bỏ qủa bĩp cao su khỏi miệng ống B để chất lỏng đem thử chảy tự do về bầu V. Ghi thời gian cần thiết để vịng khum dưới của chất lỏng đem thử chuyển dịch từ ngấn a đến ngấn b. Làm như vậy 5 lần, lấy trung bình cộng của các kết quả đo được làm thời gian t cần xác định. Sai số các kết quả đo khơng vượt quá 0,5%. Để đỡ mắc sai số lớn, cần chọn nhớt kế thích hợp sao cho thời gian t khơng được dưới 200 giây. Tính độ nhớt lực học  hoặc độ nhớt động học  lần lượt theo cơng thức sau:  = k. .t (1)  = k.t (2) Trong đĩ:
  13. : Độ nhớt lực học (mPa s hoặc cP) : Độ nhớt động học (mm2/s hoặc cSt) k: Hằng số dụng cụ đo : Khối lượng riêng của chất lỏng đem thử (g/cm3) t: Thời gian chảy (giây) Khi khơng cĩ giá trị k, cĩ thể tự xác định hằng số k bằng cách dùng một chất lỏng đã biết trước độ nhớt  hoặc  và tính k theo cơng thức (1) hoặc (2). Nhớt kế đã bị sửa chữa thì khi sử dụng lại, phải được chuẩn lại. Nếu dùng nhớt kế mao quản với máy đo tự động thì vận hành máy theo quy trình hướng dẫn của hãng sản xuất máy. Thời gian cần thiết để chất lỏng đem thử chuyển dịch từ ngấn a đến ngấn b sẽ được tự động ghi lại. A B a v b l V v: Bầu đong chất thử V: Bầu chứa chất thử l: Mao quản a,b: Vạch chuẩn
  14. Hình 6.3.1: Nhớt kế Ostwald Phương pháp II: Phương pháp đo thời gian rơi của trái cầu Phương pháp này thích hợp cho các chất lỏng trong suốt và cĩ độ nhớt cao (từ 8 đến 1000 poazơ). Dụng cụ: (hình 6.3.2) Gồm 1 ống thử a, dài 30 cm, đường kính trong là 2 cm 0,05 cm. Trên thành ống cĩ khắc 5 ngấn vịng quanh, mỗi ngấn cách nhau 5 cm. ống thử a được đặt trong bình điều nhiệt b cĩ chứa nước, phía trên cĩ nắp đậy. Trên nắp cĩ các lỗ để đặt nhiệt kế chia độ đến 0,1oC, que khuấy c và phễu g. Trái cầu là những viên bi bằng thép cĩ đường kính 0,15 cm. Viên bi sẽ được thả vào ống thử a qua một ống nhỏ d cĩ đường kính trong là 0,3 cm. Ống d cĩ một lỗ ngang cao hơn mực chất thử trong ống a, đầu dưới của ống d ở ngang ngấn trên cùng của ống a và thấp hơn mặt chất thử 3 cm.
  15. Khi khơng cĩ dụng cụ như trên cĩ thể dùng các nhớt kế khác cĩ tính năng tương tự, đảm bảo cung cấp giá trị độ nhớt với độ chính xác và độ đúng như những nhớt kế đã mơ tả ở trên (ví dụ: Nhớt kế Hoppler). Phương pháp đo: Đổ chất lỏng cần xác định độ nhớt vào ống thử a sao cho mực chất lỏng cao hơn đầu dưới của ống d 3 cm. Đặt các viên bi vào một ống thử nghiệm nhỏ lồng qua lỗ đặt phễu g. Giữ chất lỏng cần thử và các viên bi trong mơi trường điều nhiệt cĩ nhiệt độ ở 20oC 0,1oC trong 30 phút (trừ khi cĩ chỉ dẫn khác). Sau đĩ thả từng viên bi vào trong chất lỏng đem thử qua ống d. Ghi thời gian rơi của 5 viên bi từ ngấn thứ hai đến ngấn thứ năm (15 cm). Lấy trung bình cộng của 5 lần đo này làm thời gian t cần xác định. Tính độ nhớt lực học  của chất lỏng đem thử theo cơng thức:  = k.t (  - ) Trong đĩ: : Độ nhớt lực học (mPa s hoặc cP) k: Hằng số của viên bi 3 : Khối lượng riêng của viên bi (g/cm ) : Khối lượng riêng của chất lỏng đem thử (g/cm3)
  16. t: Thời gian rơi của viên bi (giây). d c g a b Hình 6.3 2: Dụng cụ đo độ nhớt bằng cách đo thời gian rơi của trái cầu Phương pháp III:
  17. Thiết bị thường dùng là loại nhớt kế quay, dựa trên việc đo lực trượt trong mơi trường lỏng được đặt giữa hai ống hình trụ đồng trục, một ống được quay nhờ mơtơ, cịn ống kia quay được do sự quay của ống thứ nhất tác động vào. Dưới những điều kiện như vậy, độ nhớt (hay độ nhớt biểu kiến) trở thành phép đo (M) độ lệch của gĩc đối với ống hình trụ thứ 2, tương ứng với momen lực, biểu thị bằng N m. Đối với lớp chất lỏng rất mỏng, độ nhớt lực học , biểu thị bằng Pa s được tính theo cơng thức: 1 M 1 1 = 2 2  4 h RA RB Trong đĩ: h: Độ cao tính bằng m của ống hình trụ thứ 2 được nhúng trong chất lỏng RA và RB: Đường kính tính bằng m của hai ống hình trụ (RA nhỏ hơn RB) : Vận tốc gĩc tính bằng radian/ giây Hằng số k của máy được tính ở các tốc độ quay khác nhau bằng cách sử dụng các chất lỏng cĩ độ nhớt chuẩn. Các máy luơn được cung cấp một bảng cĩ các hằng số liên quan đến diện tích bề mặt của các ống trụ được dùng và tốc độ quay của chúng. Độ nhớt được tính theo cơng thức:
  18.  = k(M/) Cách đo: Đo độ nhớt theo sự chỉ dẫn cách vận hành nhớt kế quay. Nhiệt độ đo được chỉ dẫn trong chuyên luận. Nếu khơng thể đặt được tốc độ trượt chính xác như chỉ dẫn thì đặt tốc độ trượt cao hơn một chút và thấp hơn một chút sau đĩ dùng phương pháp nội suy để tính độ nhớt. 6.4 XÁC ĐỊNH GĨC QUAY CỰC VÀ GĨC QUAY CỰC RIÊNG Gĩc quay cực của một chất là gĩc của mặt phẳng phân cực bị quay đi khi ánh sáng phân cực đi qua chất đĩ nếu là chất lỏng, hoặc qua dung dịch chất đĩ nếu là chất rắn. Chất làm quay mặt phẳng phân cực theo cùng chiều kim đồng hồ được gọi là chất hữu tuyền, ký hiệu là (+). Chất làm quay mặt phẳng phân cực ngược chiều kim đồng hồ, được gọi là chất tả tuyền, ký hiệu là (-). Nếu khơng cĩ hướng dẫn riêng, gĩc quay cực được xác định ở nhiệt độ 20 oC và với chùm tia đơn sắc cĩ bước sĩng ứng với vạch D (589,3 nm) của đèn natri qua lớp chất lỏng hay dung dịch cĩ bề dày 1 dm. 20 Gĩc quay cực riêng  D , của một chất lỏng là gĩc quay cực đo được khi chùm ánh sáng D truyền qua lớp chất lỏng đĩ cĩ bề dày là l dm ở 20 oC chia cho tỷ trọng tương đối của chất ở cùng nhiệt độ.
  19. 20 Gĩc quay cực riêng  D , của một chất rắn là gĩc quay cực đo được khi chùm ánh sáng D truyền qua lớp dung dịch cĩ bề dày là 1 dm và cĩ nồng độ là l g/ml, ở 20 oC. Gĩc quay cực riêng của chất rắn luơn được biểu thị cùng với dung mơi và nồng độ dung dịch đo. Phân cực kế Các phân cực kế thường dùng nguồn sáng là đèn hơi natri hay hơi thuỷ ngân. Trong một số trường hợp cần thiết phải sử dụng phân cực kế quang điện cho phép đo ở các bước sĩng riêng bịệt. Phân cực kế phải cho phép đọc chính xác tới gần 0,01o. Thang đo phải thường xuyên được kiểm định bằng các bản thạch anh chuẩn. Độ tuyến tính của thang đo phải được kiểm tra bằng các dung dịch sucrose. Cách tiến hành Xác định gĩc quay cực của chất thử ở nhiệt độ 19o5 đến 20o5, nếu khơng cĩ chỉ dẫn gì khác trong chuyên luận riêng dùng tia D của ánh sáng đèn natri phân cực. Cĩ thể đo ở nhiệt độ khác nếu chuyên luận riêng chỉ ra cách hiệu chỉnh nhiệt độ cho gĩc quay cực đo được. Tiến hành đo ít nhất 5 lần và lấy giá trị trung bình. Xác dịnh điểm "0" của phân cực kế với ống đo rỗng khi đo chất lỏng và với ống đo chứa đầy dung mơi khi đo dung dịch chất rắn. Tính gĩc quay cực riêng theo các biểu thức sau: Cho chất lỏng:
  20. α α20 D l.d Cho chất rắn:  20 1000 D l.c Trong đĩ: : Gĩc quay cực đo được. l: Chiều dài ống đo của phân cực kế, tính bằng dm. d: Tỷ trọng tương đối của chất lỏng c: Nồng độ của chất thử (rắn) trong dung dịch (g/l) Căn cứ vào gĩc quay cực đo được, cĩ thể tính nồng độ g/l của chất thử trong dung dịch theo biểu thức: c g / l 20 1000 1  D hoặc nồng độ % (kl/kl) của chất thử trong dung dịch theo biểu thức: α c %kl / kl 20 100 l ρ 20 αD 3 o Trong đĩ 20 là khối lượng riêng (g/cm ) của dung dịch ở 20 C.
  21. 6.5 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ TỶ TRỌNG Khối lượng riêng Khối lượng riêng của một chất ở nhiệt độ t ( t) là khối lượng một đơn vị thể tích của chất đĩ, xác định ở nhiệt độ t: M t V M: Khối lượng của chất, xác định ở nhiệt độ t. V: Thể tích chất, xác định ở nhiệt độ t. Trong hệ đơn vị quốc tế S.I, đơn vị của khối lượng riêng là kg/cm3. Trong ngành dược o thường xác định khối lượng riêng ở nhiệt độ 20 C ( 20) cĩ tính đến ảnh hưởng của sức đẩy của khơng khí (tức là quy về giá trị xác định trong chân khơng) và dùng đơn vị kg/l hoặc g/ml. Tỷ trọng tương đối 20 Tỷ trọng tương đối d 20 của một chất là tỷ số giữa khối lượng của một thể tích cho trước của chất đĩ, và khối lượng của cùng thể tích nước cất, tất cả đều cân ở 20oC. Tỷ trọng biểu kiến Đại lượng “tỷ trọng biểu kiến” được dùng trong các chuyên luận ethanol, ethanol 96% và lỗng hơn , là khối lượng cân trong khơng khí của một đơn vị thể tích chất lỏng.
  22. Tỷ trọng biểu kiến được biểu thị bằng đơn vị kg m-3 và được tính tốn theo biểu thức sau đây: 20 Tỷ trọng biểu kiến = 997,2 x d 20 20 Trong đĩ d 20 là tỷ trọng tương đối của chất thử. 997,2 là khối lượng cân trong khơng khí của 1 m3 nước, tính bằng kg. 20 Xác định tỷ trọng d 20 của một chất lỏng Xác định tỷ trọng của một chất lỏng theo phương pháp được chỉ rõ trong chuyên luận. Nếu chuyên luận khơng chỉ rõ dùng phương pháp nào để xác định tỷ trọng một chất lỏng, cĩ thể dùng một trong các phương pháp sau đây: Phương pháp dùng picnomet: Cân chính xác picnomet rỗng, khơ và sạch. Đổ vào picnomet mẫu thử đã điều chỉnh nhiệt độ thấp hơn 20oC, chú ý khơng để cĩ bọt khí. Giữ picnomet ở nhiệt độ 20oC trong khoảng 30 phút. Dùng một băng giấy lọc để thấm hết chất lỏng thừa trên vạch mức, làm khơ mặt ngồi của picnomet, cân rồi tính khối lượng chất lỏng chứa trong picnomet. Tiếp đĩ đổ mẫu thử đi, rửa sạch picnomet, làm khơ bằng cách tráng ethanol rồi tráng aceton, thổi khơng khí nén hoặc khơng khí nĩng đuổi hết hơi aceton, sau đĩ xác định khối lượng nước cất chứa trong picnomet ở nhiệt độ 20oC như làm với mẫu thử. Tỷ số giữa khối lượng mẫu thử và khối lượng nước cất 20 thu được là tỷ trọng d 20 cần xác định.
  23. Phương pháp này cho kết quả với 4 chữ số lẻ thập phân. Phương pháp dùng cân thủy tĩnh Mohr-Westphal: Đặt cân trên mặt phẳng nằm ngang. Mắc phao vào địn cân, đặt phao chìm trong nước cất ở nhiệt độ 20oC và chỉnh thăng bằng bằng các con mã đặt ở các vị trí thích hợp, thu được giá trị M. Lấy phao ra, thấm khơ rồi đặt lại phao chìm trong chất lỏng cần xác định tỷ trọng, ở cùng nhiệt độ 20oC, chú ý sao cho phần dây treo chìm trong chất lỏng một đoạn bằng đoạn đã chìm trong nước cất. Chỉnh lại thăng bằng bằng các con mã đặt ở vị trí thích hợp, thu được 20 giá trị M1. Tỷ số M1/M là tỷ trọng d 20 cần xác định. Phương pháp này cho kết quả với 3 chữ số lẻ thập phân. Phương pháp dùng tỷ trọng kế: Lau sạch tỷ trọng kế bằng ethanol hoặc ether. Dùng đũa thuỷ tinh trộn đều chất lỏng cần xác định tỷ trọng. Đặt nhẹ nhàng tỷ trọng kế vào chất lỏng đĩ sao cho tỷ trọng kế khơng chạm vào thành và đáy của dụng cụ đựng chất thử. Chỉnh nhiệt độ tới 20oC và khi tỷ trọng kế ổn định, đọc kết quả theo vịng khum dưới của mức chất lỏng. Đối với chất lỏng khơng trong suốt, đọc theo vịng khum trên. Phương pháp này cho kết quả với 2 hoặc 3 chữ số lẻ thập phân. 20 Xác định tỷ trọng d 20 của mỡ, sáp, nhựa, nhựa thơm: Dùng picnomet: Đầu tiên cân chính xác picnomet rỗng (M1) rồi cân picnomet đổ đầy o nước cất ở 20 C (M4). Sau đĩ đổ nước đi, làm khơ picnomet, dùng ống hút hoặc phễu cuống nhỏ, cho vào trong picnomet mẫu thử đã được đun chảy khoảng 1/3-1/2 thể tích
  24. của picnomet. Để 1 giờ trong nước nĩng, khơng đậy nút. Làm nguội đến 20oC, đậy nút. Lau khơ mặt ngồi picnomet rồi lại cân (M2). Cuối cùng thêm nước cất đến vạch, lau khơ mặt ngồi picnomet rồi lại cân (M3). Chú ý khơng được để bọt khí cịn lại giữa lớp nước và mẫu thử. Tính kết quả theo cơng thức: 20 M 2 M1 d 20 (M 4 M 2 ) (M1 M3 )
  25. 6.6 XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ ĐƠNG ĐẶC Nhiệt độ đơng đặc là nhiệt độ cao nhất giữ nguyên khơng đổi trong quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. Dụng cụ Một ống nghiệm (a) 150 mm x 25 mm đặt vào bên trong một ống nghiệm lớn (b) khoảng 160 mm x 40 mm. Hai ống nghiệm khơng chạm vào nhau và cách nhau một
  26. lớp khơng khí. ống nghiệm bên trong được đậy bằng một nút cĩ mang một que khuấy và một nhiệt kế (dài khoảng 175 mm, chia độ tới 0,2oC), được cố định sao cho bầu nhiệt kế cách đáy ống khoảng 15 mm. Que khuấy được làm bằng một đũa thuỷ tinh hoặc bằng thép, đầu dưới uốn thành một vịng trịn cĩ đường kính khoảng 18 mm, vuơng gĩc với que khuấy. NhiƯt kÕ 20 a b 150 c 15 10 18 25 40
  27. Hình 6.6: Dụng cụ xác định nhiệt độ đơng đặc ( kích thước tính bằng mm). Ống nghiệm (a) và ống bọc nĩ (b) được giữ ở giữa một cốc hình vại (c) cĩ dung tích l lít, chứa một chất lỏng làm lạnh thích hợp. Mức chất lỏng làm lạnh cách miệng ống khoảng 20 mm. Một nhiệt kế bổ trợ được giữ trong chất lỏng làm lạnh. Cách tiến hành Lấy một lượng chế phẩm (đã được làm nĩng chảy nếu cần thiết), cho vào ống nghiệm (a) của dụng cụ sao cho bầu thuỷ ngân của nhiệt kế ngập trong lớp chế phẩm và xác định sơ bộ khoảng nhiệt độ đơng đặc bằng cách làm lạnh nhanh. Đặt ống nghiệm (a) đã chứa chế phẩm vào trong một bể cách thuỷ cĩ nhiệt độ trên nhiệt độ đơng đặc dự kiến khoảng 5oC cho đến khi các tinh thể chế phẩm chảy hồn tồn. Làm đầy cốc (c) bằng nước hoặc dung dịch bão hồ natri clorid ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ đơng đặc dự kiến khoảng 5oC. Lồng ống nghiệm (a) vào ống nghiệm (b) và đặt vào cốc (c). Khuấy liên tục nhẹ nhàng và cứ 30 giây lại đọc nhiệt độ trên nhiệt kế một lần. Lúc đầu nhiệt độ hạ thấp dần, rồi giữ nguyên một thời gian hoặc tăng một chút, rồi giữ nguyên khơng đổi trong suốt thời gian đơng. Để tránh hiện tượng chậm đơng, khi gần đến điểm đơng, cĩ thể cho vào ống nghiệm một tinh thể nhỏ chế phẩm đã cĩ sẵn, hoặc cọ nhẹ thành trong của ống nghiệm.
  28. 6.7 XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NĨNG CHẢY, KHOẢNG NĨNG CHẢY VÀ ĐIỂM NHỎ GIỌT Khoảng nĩng chảy (gọi tắt là khoảng chảy) của một chất là khoảng nhiệt độ đã hiệu chỉnh, kể từ khi chất rắn bắt đầu nĩng chảy và xuất hiện những giọt chất lỏng đầu tiên, đến khi chất rắn chuyển hồn tồn sang trạng thái lỏng. Nhiệt độ nĩng chảy (gọi tắt là điểm chảy) của một chất là nhiệt độ đã hiệu chỉnh, tại đĩ hạt chất rắn cuối cùng của chất thử nghiệm chuyển thành trạng thái lỏng, bắt đầu biến màu, hố than hoặc sủi bọt. Khi phải xác định khoảng chảy, nếu nhiệt độ bắt đầu hoặc nhiệt độ kết thúc nĩng chảy khơng xác định rõ ràng, ta cĩ thể chỉ xác định nhiệt độ kết thúc, hoặc nhiệt độ bắt đầu nĩng chảy. Nhiệt độ này phải nằm trong giới hạn quy định trong chuyên luận riêng của chế phẩm. Để xác định khoảng chảy và điểm chảy, tuỳ theo tính chất lý học của từng chất, áp dụng một trong các phương pháp 1, 2 hay 3, cịn để xác định điểm nhỏ giọt thì sử dụng phương pháp 4. Phương pháp 1 (áp dụng cho các chất rắn dễ nghiền nhỏ). Dụng cụ
  29. Một bình thuỷ tinh chịu nhiệt, trong bình chứa một chất lỏng thích hợp, thường dùng là dầu parafin, hoặc để xác định ở nhiệt độ cao dùng dầu silicon, lượng chất lỏng đủ để nhúng chìm được nhiệt kế và mẫu thử sao cho bầu thuỷ ngân cách đáy bình 2 cm. Một dụng cụ khuấy cĩ khả năng duy trì sự đồng nhất về nhiệt độ trong chất lỏng. Một nhiệt kế đã được hiệu chuẩn và chia độ đến 0,5oC, cĩ khoảng nhiệt độ đo từ thấp nhất đến cao nhất khơng được quá 100oC. Ống mao quản, hàn kín một đầu, dài 6 - 8 cm, đường kính trong 1,0 0,l mm, thành ống dày khoảng 0,10 - 0,15 mm. Nguồn nhiệt, cĩ thể điều chỉnh được. Dụng cụ cĩ thể được hiệu chuẩn với các chất chuẩn cĩ điểm chảy được chứng nhận của Tổ chức y tế thế giới hay những chất thích hợp khác. Cách xác định Nghiền thành bột mịn chất thử đã làm khơ 24 giờ ở áp suất 1,5 đến 2,5 kPa trong bình với chất hút ẩm thích hợp, hoặc sấy khơ 2 giờ ở 100 - l05 oC, trừ trường hợp cĩ chỉ dẫn riêng trong chuyên luận. Cho bột vào ống mao quản, lèn bột bằng cách gõ nhẹ ống mao quản xuống mặt phẳng cứng để cĩ một lớp chế phẩm cao 4 - 6 mm.
  30. Đun nĩng bình đựng chất lỏng đến khi nhiệt độ thấp hơn điểm chảy dự kiến của chất thử khoảng 10 oC, điều chỉnh nhiệt độ sao cho nhiệt độ tăng 1oC trong l phút (trừ trường hợp cĩ chỉ dẫn riêng trong chuyên luận của chế phẩm), hoặc cho nhiệt độ tăng 3 oC trong l phút khi thử các chất khơng bền vì nhiệt. Khi nhiệt độ đạt thấp hơn điểm chảy dự kiến khoảng 5 oC, lấy nhiệt kế ra, nhanh chĩng buộc ống mao quản cĩ chế phẩm vào nhiệt kế, sao cho lớp chế phẩm ngang với phần giữa bầu thuỷ ngân của nhiệt kế. Đặt lại nhiệt kế vào bình. Nhiệt độ mà tại đĩ nhìn thấy cột chất thử xẹp xuống, so sánh với một điểm nào đĩ trên thành ống, được xác định là điểm bắt đầu nĩng chảy và nhiệt độ mà tại đĩ chất thử trở thành chất lỏng hồn tồn, được xác định là điểm cuối của sự chảy hay điểm chảy. Hiệu chỉnh nhiệt độ quan sát được nếu nhiệt kế đo cĩ sai số với nhiệt kế chuẩn và sự khác biệt nếu cĩ giữa nhiệt độ của đoạn cột thuỷ ngân ở ngồi chất lỏng trong điều kiện thí nghiệm và của đoạn cột thuỷ ngân ngồi chất lỏng trong điều kiện hiệu chuẩn. Nhiệt độ của đoạn cột thuỷ ngân ở ngồi chất lỏng được xác định bằng cách đặt bầu thuỷ ngân của nhiệt kế phụ ở điểm giữa của phần cột thuỷ ngân lộ ra ngồi chất lỏng của nhiệt kế chính. Tính nhiệt độ đã hiệu chỉnh theo cơng thức sau: T hiệu chỉnh = T + 0,00016N (TS - t) Trong đĩ:
  31. T : Nhiệt độ đọc trên nhiệt kế chính. TS: Nhiệt độ trung bình của đoạn cột thuỷ ngân ở ngồi chất lỏng của nhiệt kế chính trong điều kiện chuẩn hố. t: Nhiệt độ của đoạn cột thuỷ ngân ở ngồi chất lỏng đọc trên nhiệt kế phụ tại điểm chảy. N: Số khoảng chia độ (oC) của đoạn cột thuỷ ngân của nhiệt kế chính ở ngồi chất lỏng. Phương pháp 2 (áp dụng cho các chất khơng nghiền thành bột được như mỡ, sáp, acid béo, parafin rắn, lanolin và chất tương tự, khơng tan trong nước): Dụng cụ Dùng dụng cụ như phương pháp 1, riêng ống mao quản hở hai đầu, dài 80 - 100 mm, đường kính trong 0,8 - l,2 mm, thành dày 0,l - 0,3 mm. Cách xác định Cẩn thận làm chảy chất thử ở nhiệt độ thấp tối thiểu. Cắm ống mao quản vào chất thử sao cho lấy được một cột chất thử cao 10 mm khơng cĩ bọt. Dùng khăn sạch lau sạch phía ngồi mao quản, để nguội ở 10oC hay thấp hơn trong 24 giờ, hoặc để tiếp xúc với nước đá ít nhất 2 giờ.
  32. Đổ nước cất vào cốc thuỷ tinh đến chiều cao 6 cm. Treo nhiệt kế vào giá và nhúng vào chính giữa cốc nước. Đun nĩng cốc nước đến nhiệt độ thấp hơn điểm chảy dự kiến 10oC, lấy nhiệt kế ra nhanh chĩng buộc mao quản vào nhiệt kế bằng phương tiện thích hợp sao cho cột chất thử ngang với phần giữa bầu thuỷ ngân của nhiệt kế, điều chỉnh nhiệt kế để đầu dưới của ống mao quản cách đáy cốc l cm. Điều chỉnh tốc độ gia nhiệt khơng quá 1oC trong một phút. Trong lúc đĩ luơn khuấy nước nhẹ nhàng và quan sát cột chất thử, khi cột chất thử bắt đầu dâng lên trong ống mao quản thì đọc nhiệt độ. Kết quả đọc giữa 2 lần đo liên tiếp khơng được chênh lệch nhau quá 0,5oC. Lấy kết quả trung bình. Nhiệt độ này được coi là điểm chảy và phải nằm trong khoảng nĩng chảy quy định của chuyên luận. Phương pháp 3 (áp dụng cho chất rắn dễ nghiền nhỏ, giống như phương pháp 1). Dụng cụ Một khối kim loại (như đồng) khơng bị ăn mịn bởi chất thử nghiệm, khả năng truyền nhiệt tốt, bề mặt trên được đánh bĩng cẩn thận. Khối kim loại này được đun nĩng tồn khối và đồng đều bằng một dụng cụ như đèn ga nhỏ điều chỉnh được hay dụng cụ đun nĩng bằng điện cĩ thể điều chỉnh chính xác. Khối kim loại cĩ một khoang hình ống nằm song song, bên dưới và cách bề mặt đánh bĩng khoảng 3 mm, cĩ kích thước thích hợp để chứa được một nhiệt kế thuỷ ngân, đặt ở vị trí giống vị trí khi hiệu chuẩn. Dụng cụ được hiệu chuẩn bằng một chất chuẩn thích hợp đã ghi trong phương pháp 1.
  33. Cách xác định Đun nĩng khối kim loại với một tốc độ thích hợp tới nhiệt độ dưới điểm nĩng chảy dự kiến khoảng 10oC thì điều chỉnh nhiệt độ tăng 1oC / phút, tại những khoảng thời gian đều nhau, thả một vài hạt chất thử đã được làm khơ bằng phương pháp thích hợp hay theo sự chỉ dẫn trong chuyên luận và nghiền thành bột mịn lên bề mặt khối kim loại gần vị trí của bầu thuỷ ngân của nhiệt kế, lau sạch bề mặt sau mỗi lần thử nghiệm. Ghi lại nhiệt độ mà tại đĩ chất thử tan chảy lần đầu tiên ngay khi nĩ chạm tới bề mặt kim loại (t1) và ngừng đun ngay. Trong khi để nguội dần, lại thả một vài hạt chất thử trong khoảng thời gian đều đặn, lau sạch bề mặt sau mỗi lần thử. Ghi lại nhiệt độ mà tại đĩ chất thử ngừng tan chảy ngay khi tiếp xúc với bề mặt tấm kim loại (t2). Điểm chảy tức thời được tính theo cơng thức: (t1 + t2)/2 Phương pháp 4 Xác định điểm nhỏ giọt (áp dụng cho vaselin và những chất tương tự). Điểm nhỏ giọt là nhiệt độ mà tại đĩ giọt đầu tiên của chất thử nĩng chảy rơi xuống từ một cái chén nhỏ trong điều kiện xác định dưới đây: Dụng cụ Một ống kim loại (A) bao bọc nhiệt kế thuỷ ngân và được vặn vào một ống kim loại thứ hai (B), một chén nhỏ bằng kim loại (F) được gắn cố định vào phần dưới của ống
  34. (B) bằng hai cái đai xiết chặt (E), vị trí chính xác của chén được xác định bằng hai giá đỡ (D) dài 2 mm và cũng dùng để giữ cho nhiệt kế ở chính giữa. Cĩ một lỗ (C) xuyên qua thành của ống kim loại thứ 2 (B), được dùng để cân bằng áp suất. Bề mặt lỗ thốt ở đáy chén phải phẳng và vuơng gĩc với thành trong của nĩ. Nhiệt kế cĩ đường kính trong của bầu thuỷ ngân từ 3,3 - 3,7 mm, dài 5,7 - 6,3 mm, được chuẩn hố từ 0 - 110 oC chia vạch l mm tương ứng 1oC. Dụng cụ được đặt theo chiều dọc của một ống cĩ kích thước khoảng 20 cm x 4 cm, được cố định bằng một cái nút và nhiệt kế xuyên qua nút theo một đường rãnh. Miệng lỗ thốt của chén cách đáy của ống khoảng 15 mm. Ống được nhúng vào một cái cốc vại cĩ dung tích l lít, chứa nước sao cho đáy của ống cách đáy của cốc khoảng 25 mm, mặt thống của nước bằng với đầu trên của ống kim loại thứ nhất (A). Một dụng cụ khuấy được dùng để giữ cho nhiệt độ của nước đồng nhất. 10 12.5 19 A 6.5 B 49 27 C D 5 E F 2 10 11 6 0.05 5 3 0.05
  35. Hình 6.7: Dụng cụ xác định điểm nhỏ giọt (kích thước tính bằng mm) Cách xác định Nếu khơng cĩ chỉ dẫn gì khác trong chuyên luận, đổ chất thử tới miệng chén mà khơng làm nĩng chảy nĩ, dùng thìa xúc hố chất để loại bỏ những phần dư ở miệng và đáy chén. Ấn chén vào vị trí của nĩ trong lớp vỏ kim loại (B) cho tới khi chạm tới giá đỡ, dùng thìa xúc bớt chất thử để lấy chỗ cho nhiệt kế. Đun nĩng cốc nước, khi nhiệt độ đạt tới thấp hơn nhiệt độ nĩng chảy hay nhỏ giọt khoảng 100C thì điều chỉnh tốc độ tăng nhiệt độ khoảng 10C /phút và ghi nhiệt độ giọt chất lỏng đầu tiên rơi xuống. Tiến hành ít nhất 3 lần, mỗi lần thử với mẫu thử mới. Sự khác biệt giữa các lần đọc khơng quá 30C. Nhiệt độ trung bình của 3 lần xác định là điểm chảy hay điểm nhỏ giọt của mẫu thử.
  36. 6.8 XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ SƠI VÀ KHOẢNG CHƯNG CẤT Nhiệt độ sơi của một chất lỏng là nhiệt độ đã hiệu chỉnh, tại đĩ áp suất hơi của chất lỏng đạt tới 101,3 kPa. Xác định nhiệt độ sơi Dụng cụ (hình 6.8) Bình chưng cất: Bình chưng cất đáy trịn, bằng thuỷ tinh chịu nhiệt cĩ dung tích 50 - 60 ml, cổ bình cao
  37. 10 - 12 cm, đường kính trong của cổ bình từ 14 - 16 mm, ở khoảng giữa chiều cao của cổ bình cĩ một ống nhánh dài 10 - 12 cm, đường kính trong 5 mm và tạo với phần dưới của cổ bình một gĩc 70 - 75o. Ống ngưng ruột thẳng: Một ống thuỷ tinh thẳng dài 55 - 60 cm, phần được cung cấp nước lạnh dài khoảng 40 cm. Ở cuối ống ngưng lắp một ống nối cong để dẫn chất lỏng cất được vào bình hứng. Bình hứng: Là một ống đong thích hợp cĩ dung tích 25 - 50 ml, chia độ đến 0,5 ml. Nguồn nhiệt cĩ thể điều chỉnh được cường độ đốt nĩng, cĩ thể dùng bếp khí đốt, đèn cồn. Khi dùng bếp khí đốt hay đèn cồn phải dùng một lưới thép cĩ phủ chất chịu nhiệt hình vuơng, mỗi chiều dài 14 - 16 cm, ở giữa cĩ một lỗ trịn sao cho khi đặt bình cất vào, phần lọt xuống dưới lưới thép cĩ phủ chất chịu nhiệt cĩ dung tích 3 - 4 ml. Nhiệt kế đã hiệu chuẩn chia độ đến 0,5 o C hoặc tới 0,2 oC. Lắp nhiệt kế ở đúng giữa cổ bình và để đáy của bầu thuỷ ngân ngang với mức thấp nhất của cổ bình. Cách xác định Cho vào bình cất 20 ml chất thử, thêm vào bình cất vài viên bi thuỷ tinh hay đá bọt. Đun nĩng bình nhanh cho đến sơi. Đọc nhiệt độ khi giọt chất lỏng đầu tiên hứng được. Hiệu chỉnh nhiệt độ đọc được với áp suất khí quyển bằng cơng thức sau: t1= t2+ k (101,3 - b)
  38. Trong đĩ: t1: Nhiệt độ đã được hiệu chỉnh t2: Nhiệt độ đọc được ở áp suất b b: áp suất khơng khí tại thời điểm thử nghiệm (tính theo kPa) k: Hệ số hiệu chỉnh ở bảng dưới đây Nhiệt độ sơi (oC) Hệ số hiệu chỉnh Dưới 100 oC 0,30 Trên 100 oC tới 140 oC 0,34 Trên 140 oC tới 190 oC 0,38 Trên 190 oC tới 240 oC 0,41 Trên 240 oC 0,45
  39. Xác định khoảng chưng cất Khoảng chưng cất của một chất lỏng là khoảng nhiệt độ được hiệu chỉnh ở áp suất 101,3 kPa, trong khoảng đĩ một chất lỏng hay một phần xác định chất lỏng chưng cất được trong điều kiện dưới đây: Dụng cụ Dụng cụ giống như dụng cụ xác định điểm sơi, chỉ khác là bình cất cĩ dung tích 200 ml và nhiệt kế lắp sao cho đầu trên của bầu thuỷ ngân thấp hơn thành dưới của ống nhánh 5 mm. Nhiệt kế được chia vạch tới 0,2oC và cĩ khoảng thang đo được 50 oC. Trong khi chưng cất bình và cổ bình được bảo vệ để tránh giĩ lùa bằng một tấm màn chắn thích hợp. Hứng dịch cất vào một ống đong 50 ml chia độ tới 1 ml. Làm lạnh ống ngưng bằng nước tuần hồn đối với các chất chưng cất dưới 150 oC Cách xác định Cho vào bình cất 50 ml chất lỏng thử nghiệm, thêm vài viên đá bọt. Đun bình sao cho chất lỏng sơi nhanh và ghi nhiệt độ tại đĩ giọt chất lỏng đầu tiên cất được nhỏ vào ống đong. Điều chỉnh nguồn nhiệt để cĩ tốc độ cất 2-3 ml/phút và ghi lại nhiệt độ mà tất cả chất thử hay một phần quy định chất thử ở 20oC được chưng cất hết. Hiệu chỉnh nhiệt độ đọc được với áp suất khí quyển bằng cơng thức sau: t1= t2 + k (101,3-b)
  40. Trong đĩ: t1: Nhiệt độ đã được hiệu chỉnh t2: Nhiệt độ đọc được ở áp suất b b: áp suất khơng khí tại thời điểm thử nghiệm (tính theo kPa) k: Hệ số hiệu chỉnh ở bảng trong mục xác định điểm sơi, nếu khơng cĩ hệ số nào khác được quy định trong chuyên luận riêng. 100 8 5 o 80 75 12 400 70
  41. Hình 6.8: Dụng cụ xác định điểm sơi, khoảng chưng cất (kích thước tính bằng mm).