組分易揮發(fā)的深度脫氣溶液配制方法和蒸汽壓測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及溶液蒸汽壓的測(cè)量技術(shù)，特別涉及組分易揮發(fā)的深度脫氣溶液配制方法以及蒸汽壓測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飽和蒸汽壓(saturatedvapor pressure)，簡稱蒸汽壓(vapor pressure)，是一定溫度下固相或液相兩相平衡時(shí)的蒸汽壓力值。對(duì)于溶液來說，即在一定溫度下，當(dāng)液體中的液態(tài)分子蒸發(fā)為氣態(tài)分子和氣態(tài)分子撞擊液面回歸液態(tài)兩個(gè)過程平衡時(shí)，氣態(tài)分子撞擊液體所能產(chǎn)生的壓強(qiáng)。
[0003]蒸汽壓與溫度以及溶液濃度均有關(guān)系。例如，氯化鋰溶液的蒸汽壓隨溫度升高而增大，隨溶液濃度增大而減小。本發(fā)明旨在測(cè)定一定濃度的溶液，尤其是包含易揮發(fā)組分的溶液，在給定溫度范圍內(nèi)的飽和蒸汽壓。
[0004]溶液的蒸汽壓是溶液一項(xiàng)非常重要的物理性質(zhì)，也是溶液的基礎(chǔ)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，在能源動(dòng)力、石油化工、制冷空調(diào)等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。蒸汽壓作為反映氣液或氣固相平衡的一種基礎(chǔ)物理性質(zhì)，是許多科學(xué)與應(yīng)用研究中不可或缺的重要性質(zhì)，也是推算諸如焓、熵、活度系數(shù)等物理化學(xué)性質(zhì)的必要前提。在低溫保存和冷凍干燥過程中，溶液的表面蒸汽壓不僅決定了水分在溶液和環(huán)境之間轉(zhuǎn)移的方向和速率，同時(shí)也與溶液的水分活度有著緊密聯(lián)系，反映了水分子在溶液中的存在狀態(tài)。對(duì)于除濕制冷鹽溶液，其初始制冷性能與它的蒸汽壓息息相關(guān)。譬如，在除濕制冷的過程中，人們經(jīng)常使用氯化鋰水溶液，而氯化鋰溶液表面的水蒸汽分壓與環(huán)境水蒸汽分壓間的壓差是最直接的傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力，換言之，氯化鋰溶液的蒸汽壓決定了除濕所能達(dá)到的效果。因此，溶液蒸汽壓的測(cè)定具有重要意義。
[0005]李玉茜的碩士論文《氯化鋰水溶液表面蒸汽壓的實(shí)驗(yàn)研究》中提到了幾種常見的測(cè)量蒸汽壓的方法，包括靜態(tài)法、擬靜態(tài)法、動(dòng)態(tài)法、飽和氣流法等等。
[0006]在測(cè)定低壓下溶液的蒸汽壓時(shí)，動(dòng)態(tài)法與飽和氣流法都不適用，擬靜態(tài)法實(shí)驗(yàn)步驟略顯復(fù)雜。所以靜態(tài)法在研究過程中更多地被學(xué)者們選用。但是在彭或碩士論文中提出溶液中少量的不凝性氣體，如空氣，在低壓下也會(huì)對(duì)蒸汽壓的測(cè)量產(chǎn)生不可忽視的影響。
[0007]為了解決這個(gè)問題，公開號(hào)為CN203101215U的專利文獻(xiàn)公開了一種基于靜態(tài)法的飽和蒸汽壓測(cè)定儀，較好的實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)法在低蒸汽壓范圍測(cè)量固體及液體物質(zhì)飽和蒸汽壓的應(yīng)用。它提出利用真空栗使液體處于低真空狀態(tài)，這樣做可以讓液體中少量的不凝性氣體在脫氣過程中被抽走，隨后對(duì)容器內(nèi)的脫氣液體測(cè)定飽和蒸汽壓。
[0008]但以上的脫氣過程較為簡單，效果不明顯。在《堿性鋁酸鈉溶液飽和蒸汽壓及恒壓熱容的測(cè)定與研究》這篇碩士論文提到了一種脫氣方法，通過急速冷卻一脫氣一急速融化這一過程(循環(huán)2—3次)來除氣，并且保證整個(gè)過程處于高真空狀態(tài)，能更好地除氣。
[0009]上述測(cè)量低蒸汽壓方法雖然已在實(shí)際操作過程被廣泛采納，但我們也注意其中存在著一個(gè)顯著的問題一一在配制一定濃度的待測(cè)溶液時(shí)，使用上述除氣方法即直接對(duì)溶液液氮急速冷卻一抽真空一急速解凍的循環(huán)除氣的方法，盡管可以避免不凝性氣體對(duì)蒸汽壓測(cè)量結(jié)果的影響，但是溶劑與溶質(zhì)會(huì)不可避免的蒸發(fā)掉一部分以致于會(huì)對(duì)溶液的濃度產(chǎn)生一定的影響，這會(huì)影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。而對(duì)已脫氣溶液濃度的確定是無法進(jìn)行或者要付出巨大代價(jià)的，如使用原子吸收光譜儀。
[0010]原子吸收光譜儀，又稱原子吸收分光光度計(jì)，根據(jù)物質(zhì)基態(tài)原子蒸汽對(duì)特征輻射選擇性吸收的作用來進(jìn)行元素分析，能夠靈敏可靠地直接測(cè)定巖礦、土壤、大氣飄塵、水、植物、食品、生物組織等試樣中70多種微量甚至是痕量的金屬元素，還能用間接法測(cè)度硫、氮、鹵素等非金屬元素及其化合物，在實(shí)際應(yīng)用中更多地用于金屬元素的檢測(cè)。但是，原子分析光譜儀的檢測(cè)亦有諸多局限:1、并不是所有的元素都能夠檢測(cè)，例如在檢測(cè)碳酸鈉和碳酸氫鈉混合水溶液中鈉離子、碳酸根離子和碳酸氫根離子的濃度時(shí)，由于原子分析光譜儀不能測(cè)定碳元素，因此陰離子的組分也難以確定;2、測(cè)定每種元素均需要相應(yīng)的空心陰極燈提供相應(yīng)的特征輻射，對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作非常不便;3、無法測(cè)定有機(jī)溶液的組分;4、價(jià)格非常昂貴，市面上的原子吸收光譜儀價(jià)格由幾萬到幾十萬不等，造成實(shí)驗(yàn)代價(jià)巨大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種組分易揮發(fā)的深度脫氣溶液配制方法，具有過程簡單，配制濃度精確，制備成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0012]—種組分易揮發(fā)的深度脫氣溶液配制方法，配制的一定濃度的溶液包括η種溶質(zhì)，η2 1，包括以下步驟:
[0013](I)將溶劑容器抽真空、密封、稱重，記為血；
[0014](2)向溶劑容器中加入溶劑，密封后冷藏，待溶劑全部凍結(jié)后將溶劑容器抽真空、密封、稱量，記為mi，；
[0015](3)根據(jù)濃度計(jì)算公式Wi = P額i/(mi，一mi+m溶質(zhì)ι+rnj額2......+m?額1......+m?額η)以及各溶質(zhì)預(yù)設(shè)溶液的濃度，計(jì)算得到各溶質(zhì)的質(zhì)量............m?額n，l < i <n；
[0016](4)將溶質(zhì)容器抽真空、密封、稱重，記為m2，將質(zhì)量為_1的第i種溶質(zhì)加入溶質(zhì)容器后抽真空、密封、稱重，總質(zhì)量為m2l;
[0017](5)當(dāng)i = l時(shí)，將步驟(2)中的溶劑加入到步驟(4)的溶質(zhì)容器中，充分混合至溶質(zhì)完全溶解；
[0018]當(dāng)2Si Sn時(shí)，將上一輪循環(huán)得到的溶液加入到步驟(4)的溶質(zhì)容器中，充分混合至溶質(zhì)完全溶解；
[0019](6)自第I種溶質(zhì)至第η種溶質(zhì)逐一添加，循環(huán)操作(4)?(5)，直至所有溶質(zhì)都充分溶解；
[0020](7)f艮據(jù)公式w理侖i = (m2i—m2)/(mi，一mi+nrn—m2+......+m2i—m2+......+m2n—m2)，計(jì)算得到所配一定濃度的溶液的各溶質(zhì)的精確濃度_。
[0021]上述過程中如果溶質(zhì)是不易揮發(fā)的快狀固體，那么直接公=，一 nu+
m飜ι+m飜2......+m?額1......+m?額n)以及各溶質(zhì)預(yù)設(shè)溶液的濃度(w1、W2......m......wn)，計(jì)算得到各溶質(zhì)的質(zhì)量，所配濃度與設(shè)定的濃度更相近。
[0022]本發(fā)明先獲取已知準(zhǔn)確質(zhì)量的深度脫氣溶劑，再根據(jù)已知的溶液濃度計(jì)算出所需溶質(zhì)的質(zhì)量。通過連接管引導(dǎo)第一測(cè)量池內(nèi)的深度脫氣溶劑流入已經(jīng)除氣的第二測(cè)量池內(nèi)，同時(shí)震蕩測(cè)量池使瓶內(nèi)溶質(zhì)完全溶解。根據(jù)混合前溶劑或溶質(zhì)的質(zhì)量，可以準(zhǔn)確算出溶液濃度。上述過程中，將溶質(zhì)和溶劑分開配制抽真空，最后混合溶解，避免了配制過程中溶液濃度的改變，提高了溶液濃度的精確度。
[0023]為了進(jìn)一步提高所配制溶液的濃度的準(zhǔn)確性，優(yōu)選的，將液體添加至任一溶質(zhì)中時(shí)，通過三通的連接管的第一通口和第二通口連通裝有液體的容器的出液管和裝有溶質(zhì)的容器的進(jìn)液管，此時(shí)兩容器仍密封，通過連接管的第三通口將連接管抽真空，密封第三通口后，開啟出液管和進(jìn)液管，使液體加入到溶質(zhì)中。在對(duì)接兩容器的連接管上設(shè)置第三通口，從而可以將連接管抽真空，實(shí)現(xiàn)液體的引流，不影響兩容器內(nèi)的真空度，提高測(cè)量精度。
[0024]為了液體可以快速流入裝有溶質(zhì)的容器，優(yōu)選的，所述連接管的第一通口所在的管道和第二通口所在的管道共線且垂直設(shè)置，所述第一通口朝上且連接裝有液體的容器的出液口，所述第二通口朝下且連接裝有溶質(zhì)的容器的進(jìn)液口。
[0025]為了防止液體流入設(shè)有第三通口所在的管道內(nèi)，影響配液的精度，優(yōu)選的，步驟
(6)中，所述連接管的第三通口所在的管道相對(duì)水平面向上傾斜，傾斜角度為30°?60°。
[0026]為了提高脫氣效果，優(yōu)選的，步驟(2)中冷藏凍結(jié)后抽真空過程重復(fù)3?4遍。
[0027]本發(fā)明還提供了一種組分易揮發(fā)的深度脫氣溶液的蒸汽壓測(cè)定方法，包括以下步驟:
[0028](I)通過上述方法制備得到一定濃度的溶液；
[0029](2)將步驟(I)中的一定濃度的溶液放入預(yù)設(shè)的恒溫環(huán)境中；
[0030](3)測(cè)量步驟(I)中裝有一定濃度的溶液的容器內(nèi)的壓力，得到一定濃度的溶液在預(yù)設(shè)溫度的蒸汽壓。
[0031]本發(fā)明的有益效果:
[0032]1、避免溶液濃度在常規(guī)脫氣過程后很難精確測(cè)定的問題，大幅度提高測(cè)量的精確度；
[0033]2、適用范圍廣，不僅能測(cè)定純液體或單一溶質(zhì)的溶液的蒸汽壓，而且可以測(cè)定復(fù)雜溶液體系中各個(gè)組分的濃度以及該溶液在低壓下的蒸汽壓；
[0034]3、測(cè)量耗時(shí)短、而且所用裝置較少，測(cè)量混合后溶液濃度的方法簡單、費(fèi)用低；
[0035]4、相比原子吸收光譜儀的局限性，本發(fā)明可以確定有機(jī)溶液的各組分濃度，對(duì)于不同陰離子的鈉鹽也能精確測(cè)定(當(dāng)初是寫原子吸收光譜儀不能區(qū)分測(cè)量含碳陰離子的濃度)，費(fèi)用大大減少。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明方法的測(cè)試裝置各部件的連接圖。
[0037]圖2為本發(fā)明方法將裝有溶劑的容器放入冷源冷凍的示意圖。
[0038]圖3為本發(fā)明方法將裝有溶質(zhì)和溶劑的容器放入干燥箱干燥的示意圖。
[0039]圖中:1.第一容器;2.第一閥門；3.排氣管;4.第二閥門；5.連接管;6.第三閥門；7.排氣管;8.第二容器;9.溫度傳感器；10.壓力傳感器；11.數(shù)據(jù)采集器；12.第η閥門；13