UNIVERSITATEA FACULTATEA DE INGINERIE CURS POSTUNIVERSITAR N DOMENIUL SECURITII I SNTII N MUNC DISCIPLINA: MSURAREA NOXELOR N MEDIUL PROFESIONAL

PROIECT DE CURS

Numele si prenumele Data primirii temei: Tema proiectului: MSURAREA NOXELOR N MEDIUL PROFESIONAL. Lucrri de laborator: 1. Dozarea zaharurilor prin metoda refractometric 2. Extracia 3. Precipitarea, filtrarea 4. Determinarea duritii apei 5. Determinarea ionilor de Ca si Mg din ap 6. Separarea solventului distilare 7. Determinarea punctului de inflamabilitate

Responsabil disciplina:

1. Dozarea zaharurilor prin metoda refractometricDeterminarea zaharurilor prin metoda refractometrica se bazeaza pe masurarea indicelui de refractie, care variaza cu concentratia solutiei si cu temperatura. Metoda refractometrica se foloseste curent, la determinarea glucidelor (continutului de zahar) din sucuri, fructe, gem, dulceata, marmelada, etc. . La baza metodelor refractometrice de analiza sta determinarea indicelui (coeficientului) de refractie al substantei de analizat. Daca o raza de lumina trece dintr-un mediu mai dens in altul mai putin dens, atunci directia ei de propagare se schimba, ea sufera o refractie. Indicele de refractie se stabileste ca fiind raportul dintre sinusul unghiului de incidenta si sinusul unghiului de refractie al razei:

in care n, este indicele de refractie (figura 1) Figura 1Refractia luminii la trecerea dintr-un mediu mai putin dens intr-unul mai dens (a) si la trecerea dintr-un mediu mai dens intr-unul mai putin dens (b) In laborator vom folosi pentru determinari: Refractometrul Abbe. Schema acestui refractometru este redata in figura 2

Figura 2. Schema trecerii unei raze de lumina la refractometrul Abbe: 1-oglinda; 2-prisma; 3-strat de substanta de analizat; 4-scala pentru citire; 5-ocular; 6-campul ocularului Lichidul de cercetat se aseaza, sub forma unui strat subtire, pe o prisma. pentru a impiedica curgerea si evaporarea, lichidul este retinut de o contraprisma cu suprafata mata. La acest refractometru luneta de observatie este fixa, rotindu-se in schimb ansamblul prisma-contraprisma. Tamburul solidar cu prisma este gradat direct in indici de refractie. Pentru asezarea probei, prisma se aduce in pozitia din figura 2, apoi se roteste tot ansamblul prisma-contraprisma-luneta pentru a se putea privi comod. Refractometrul Abbe permite termostatarea prismei si contraprismei. Indicele de refractie depinde si de frecventa luminii. Daca se lucreaza la lumina alba, zona de demarcatie lumina-intuneric din campul lunetei nu este foarte neta, ea prezentand o serie de irizatii in culorile curcubeului. Pentru a se putea lucra in lumina alba, (lumina solara, bec cu filament etc.) in campul lunetei se afla un compensator cu ajutorul caruia se poate introduce o dispersie egala si de semn contrar cu cea a sistemului lichid-prisma. O raza de lumina 1 (figura2) cade pe prisma 2, formata asa cum am vazut din doua jumatati, intre care se afla stratul de analizat. Prin rotirea prismei se obtine o reflexie interna totala a luminii de la suprafata de analizat, care se observa in ocularul 7. Unghiul de rotatie al prismei se determina dupa scala 3. Citirea pe scala se face cu ajutorul lupei 4. Prin montura metalica a prismei 2 circula apa, alimentata prin tubul 5, a carei temperatura se controleaza cu termometrul 6. In ocularul 7 se obtine limita colorata a campului. Pentru intensificarea claritatii limitei, in partea inferioara a tubului exista compensatorul 8, format din doua prisme care se rotesc in sens diferit. Prin rotirea acestor prisme se obtine limita neta a campului, care apare in momentul cand dispersiile luminii in substanta de analizat si in prisme vor fi egale si contrare ca semn. Indicele de refractie al substantei de analizat in refractrometrul Abbe se citeste de obicei direct pe scala. Mod de lucru

Figura 3. Citirea la refractometru: a-delimitarea campurilor; b-citirea diviziunilor

Se deschide prisma dubla si cu ajutorul unei baghete de sticla (fara a se atinge suprafata prismei) se pun pe suprafata inferioara cateva picaturi din solutia de analizat, in cazul nostru diverse sortimente de siropuri, dupa care se inchid prismele. Cu ajutorul oglinzii se indreapta razele de lumina pentru a avea campul bine luminat. Se priveste prin ocular si se deplaseaza parghia compensatorului in sus si in jos pana cand linia de demarcatie, intre zona intunecata si cea luminata coincide cu intersectia celor doua fire (figura 3). Se citesc diviziunile corespunzatoare: indicele de refractie (in stanga) sau direct procentul in cazul zaharozei (in dreapta). Daca temperatura la citire nu este de 20C, este necesar sa se aplice o corectie, conform relatiei: Grade refractometrice = R 0,007 t in care: R = numarul de grade refractometrice citite; t = diferenta de temperatura, in C. Corectia se adauga, daca determinarea s-a facut la o temperatura superioara, pentru ca indicele de refractie scade cu cresterea temperaturii, sau se scade daca temperatura a fost mai mica. Fiecare student va efectua o curba de etalonare, citind continutul de zahar, al unui concentrat de sirop. Pentru aceasta se va lucra cu solutii de concentratii cunoscute. Se va reprezenta grafic variatia continutului de zahar functie de concentratie. Se va trece apoi la determinarea concentratiei de zahar pentru o proba necunoscuta, prin masurarea continutului de zahar cu ajutorul refractometrului Abbe, asa cum este descris mai sus, folosind curba de etalonare proprie. Curba de etalonare a aparatului ( realizata in laborator) 5ml sp/10ml ad 10ml sp/10ml ad 15ml sp/10ml ad 20ml sp/10ml ad 9.45ml sp/10ml ad 5.6 9.2 12.0 12.8 8.9

Extractia- Metoda de separare si purificare Extractia este un proces fizic de separare a componentelor unui amestec omogen pe baza diferenei de solubilitate ntr-un solvent selectiv .

Separarea se poate realiza dintr-un amestec omogen lichid , utiliznd un solvent lichid, atunci avem de-a face cu extractia l-l, sau separarea unei componente dintr-o substan solid utiliznd un dizolvant lichid,cnd are loc o extractie s-l. Schematic, procesul de extractie poate fi redat astfel : ( A + B) + S / E(extract) = A + S \ R(rafinat )= B A- componenta de extras B-restul componentelor din amestecul omogen initial S-solventul selectiv, cu proprietatea de a dizolva componenta A ,formnd cu ea un amestec omogen, nemiscibil cu B. Extractul si Rafinatul sunt doua faze lichide nemiscibile.Practic separarea este asigurat prin contactri multiple ale solventului cu amestecul de separat,iar eficienta procesului depinde de natura i proprietatile solventului, temperatura de lucru i suprafata de contact.n cazul extractiei l-l are loc de fapt o repartitie a componentei de separat ntre fazele extract i rafinat,procesul fiind cu att mai performant cu ct cantitatea de compus de separat este mai mare n extract si mai mic n rafinat . Solventul ales trebuie s aib o selectivitate bun , adic s dizolve cu precdere componenta care intereseaza, dar si o putere de dizolvare acceptabil , pentru ca si sub aspect al calittii ,dar i eficientei ,procesul s prezinte interes economic. De asemenea solventul sau solventii utilizati trebuie s fie substante stabile, ct mai putin reactive cu substantele din mediul de reactie si s se poat ndeprta cu uurin din extract si rafinat prin evaporare,antrenare cu vapori , precipitarea substantei separate , etc. n ceea ce privete temperatura de desfurare a extractiei , ea se alege pentru fiecare proces n parte,la nivelul optim , avnd n vedere c ridicarea temperaturii influenteaza favorabil puterea de dizolvare si defavorabil selectivitatea solventului.Cteva exemple de solventi utilizati n procese de extractie :apa,hexan,benzen, toluen,acetona,fenol,alcooli,acetati,etc..

2. EXTRACIA SOXHLET Dac amestecul initial este solid, operatia este numit extractie solid-lichid. Cea mai utilizat metoda de extractie solid-lichid este extractia Soxhlet. Metoda de extractie si aparatul au fost inventate in 1879 de catre germanul Franz Ritte von Soxhlet (1848-1926 originar din Brno). Prtile componenete ale unui extractor Soxhlet sunt:

Mod de functionare: Durata si eficacitatea extractiei depinde de: -natura si gradul de mruntire al produsului supus extractiei; - natura solventului ales; - viteza de circulatie a solventului; - temperatura de lucru; Solventii cei mai frecventi ntrebuintati n operatiile de extractie sunt: apa, alcoolul etilic, acetona, benzenul, tetraclorura de carbon, cloroformul, etc. Indiferent de natura amestecului supus extractiei, solventul trebuie s ndeplineasc urmatoarele conditii: 1) s fie selectiv; 2) s fie pur; 3) s nu fie exploziv sau inflamabil; 4) s aiba masa specifica mic; 5) s aiba temperatura de fierbere ct mai scazut ; 6) s nu fie coroziv sau prea toxic.

3. Precipitarea, filtrareaPrecipitarea este formarea a unei substane insolubile (solide), numit precipitat, creat ntr-un mediu lichid de reacie chimic sau prin electroliz. Precipitarea se determin prin adugare de substane precipitante (reactivi) la soluii chimice. Precipitatele au o gam larg de utilizri n chimia analitic, ele reprezentnd caracteristica dup care se recunosc anumii cationi. Reactivii (precipitanii) pot n reacie s-i pstreze compoziia chimic sau s i-o modifice. Exemplu de reactiv - Azotatul de argint

Azotatul de argintAgNO3 este folosit pentru a identifica ionul de clor, brom i iod dup reaciile cu formare de precipitate: AgNO3 + HCl = AgCl (alb brnzos) + HNO3 AgNO3 + HBr = AgBr (galben brnzos) + HNO3 AgNO3 + HI = AgI (galben) + HNO3

Separarea prin filtrare a precipitatului Filtrarea este operatia de separare a fazei solide de cea lichida sau gazoasa. In practica curenta filtrarea se foloseste pentru indepartarea impuritatilor mecanice din lichide,pentru separarea cristalelor sau a precipitatelor,la spalarea substantelor solide .Filtrarea gazelor urmareste indepartarea impuritatilor mecanice inainte de introducerea gazelor in mediul de reactie sau pentru retinerea particulelor antrenate de produsele gazoase de reactie. Eficacitatea filtrarii,caracterizata prin gradul de separare a fazelor si prin viteza de filtrare depinde de o serie de factori ,dintre care : -marimea suprafetei filtrante -temperatura de lucru -vascozitatea fazei lichide -diametrul porilor suprafetei filtrante -diferenta de presiune intre cele doua suprafete ale materialului filtrant. Pentru ca operatia de filtrare sa fie eficienta ,ea trebuie sa asigure : -o puritate inaintata a filtratului -o puritate avansata a precipitatului -umiditate cat mai scazuta a precipitatului Consum redus de reactiv de spalare pentru evitarea dizolvarii precipitatului. Filtrarea se realizeaza de obicei in patru etape : 1) retinerea fazei solide de catre suprafata filtranta 2)filtrarea cantitatilor ulterioare de amestec l-s pe un strat suplimentar de material filtrant constituit chiar din primele cantitati de precipitat separate pe suprafata filtranta 3)spalarea precipitatului separat in vederea indepartarii filtratului retinut 4)regenerarea suprafetei filtrante prin :indepartarea precipitatului,spalarea suprafetei filtrante,destuparea porilor. Materialele filtrante utilizate trebuie sa retina cat mai complet faza solida a suspensiei,sa permita viteze mari de filtrare, sa nu se infunde porii,sa ctiunea coroziva a suspensiei si sa permita evacuarea completa a prcipitatului. Alegerea materialului filtrant se face in functie de diametrul particulelor de faza solida de separat,astfel ca aceste particule sa nu treaca prin porii materialului filtrant. In laboratoare se folosesesc : hartie de filtru de diferite porozitati, panza, sticla poroasa,site din fire metalice (Cu, bronz, Ag, Pt ) , vata de sticla,sau din fibre sintetice,silice poroasa naturala sau sintatica. Dupa filtrare lichidul rezultat nu are culoare.

4. Determinarea duritii apei potabilePrin duritatea apei se nelege totalitatea srurilor alcalino- pmntoase care se gsesc n ap, constituind duritatea total a apei. Duritatea total reprezint suma duritii temporare, numit i alcalinitate sau duritate datorit bicarbonailor de calciu i de magneziu i a duritii permanente, datorit mai ales sulfailor, clorurilor , fosfailor, silicailor de calciu i de magneziu.

Duritatea temporar este format din carbonaii acizi de calciu i de magneziu, care prin fierbere se descompun, precipitndu-se carbonaii respectivi. Prin aceast carbonaii acizi dispar ca generatori de duritate, de unde i numele de duritate temporar. Duritateapermanent este format din srurile alcalino- pmntoase (cloruri, sulfai) care rmn n soluie. Duritile se exprim n grade de duritate, corespunznd concentraiilor respectivelor sruri: 1 grad german de duritate = 10 mg CaO la 1 litru ap 1 grad francez de duritate = 10 mg CaCO3 la 1 litru ap n gradele de duritate sunt cuprinse mpreun i srurile de magneziu, nu numai cele de calciu.Gradul de duritate reprezint n Romnia duritatea echivalent a 10 mg CaO/dm 3 (fiind identic cu gradul german). Dup numrul gradelor de duritate total, apele se clasific n: ape foarte moi 0-4 ape moi 4-8 ape mijlocii 8-12 ape relativ dure 12-18 ape dure 18-30 ape foarte dure > 30 Apa dur provoac greuti mari n folosinele industriale, ca de exemplu depunerea de cruste, n cazul cazanelor de abur, n spltorii mresc cantitile de ageni de splare,deoarece formeaz spunuri insolubile. Principiul metodei Acidul etilen diamin tetraacetic (EDTA), cunoscut i sub denumirea de complexon,formeaz cu ionii de calciu i magneziu prezeni n ap un complex neionizabil, stabil. Se folosete ca indicator negru eriocrom T, care la pH 8-10 are culoare roie n prezena ionilor de calciu i magneziu i o coloraie albastr dup ce ionii au fost fixai prin EDTA. Reactivi necesari:- complexon III, 0,01M;- soluietampon (67,5 g clorur de amoniu se dizolv n 570 mlamoniac concentrat i se completeaz la 1000 ml cu ap distilat);-indicator de soluie negru eriocrom T (30 ml ap distilat, la care se adaug 1 ml soluienormal de carbonat de sodiu, 1 mg negru eriocrom T. Se amestec i se completeaz cu alcool izopropilic la 100ml). Mod de lucru ntr-o capsul de porelan se msoar 50 ml ap de cercetat, se adaug 0,5 m de soluie-tampon, se agit i se adaug 4-5 picturi de indicator. Se va obine o coloraie roie. Se titreaz cu complexon III din biuret, agitnd continuu pn culoarea roie vireaz n albastru. Titrarea trebuie fcut ncet, deoarece punctul final apare brusc.

5. Determinarea ionilor de calciu i magneziu din apDatorit unor caracteristici biochimice i fiziologice distincte, este util s se cunoasc concentraia ionilor de Ca2+ i Mg 2+ separat. Astfel, magneziul se gsete n ap sub form desulfai, care n concentraie mare imprim apei un gust dezagreabil i un efect laxativ. De asemenea , magneziul mai poate fi prezent n ap sub form de cloruri i bicarbonai. Calciu este prezent n toate apele sub form de bicarbonai, sulfai sau cloruri. Excesul de calciu imprim apei un gust slciu, fiind incriminat n favorizarea calculozei renale; lipsade calciu pare a juca un rol n producerea unor tulburri funcionale ale cordului (aritmii) pn la infarctul de miocard. Aparatur i materiale necesare: Biurete Amestec indicatori pentru determinarea pH-ului, scar de etalonare, pH -metru, soluii tampon pentru diferite valori de pH

Vase conice HCl 0,1n; NaOH 0,1n; complexon III 0,01Indicatori: negru de eriocrom T, murexid, metiloranj, fenolftalein.

6. Distilarea si RectificareaDistilarea este operaia de separare a componenilor unui amestec omogen de lichid pe baza diferenei de volatilitate sau a temperaturilor de fierbere a componenilor. La rectificare, aceast pereche de operaii se repet de mai multe ori. Separarea i condiiile separrii depind de relaiile dintre proprietile fazei lichide i a fazei de vapori ale sistemului, adic de echilibrul lichid-vapori al sistemului distilat sau rectificat. DISTILAREA operatia de separare a componentilor unui amestec omogen de lichide, pe baza diferentei de volatilitate a componentilor. Operatia de distilare este o operatie dubla, compusa din: Fierberea partiala a amestecului; Condensarea vaporilor. In RECTIFICARE, perechea de operatii(fierbere condensare) se repeta de mai multe ori. RECTIFICAREA = DISTILARE REPETATA. Aplicaiile distilrii / rectificrii : obinerea fraciunilor (produselor) petroliere din iei ; separarea componenilor din amestecurile lichide organice; separarea aerului (dup lichefiere) n oxigen i azot; concentrarea acidului sulfuric.

DISTILAREA SIMPL I DISTILAREA FRACIONAT Distilarea simpl

Distilarea fracionat

Separarea prin distilare este cu atat mai usoara si mai completa, cu cat diferenta dintre volatilitatile componentilor este mai mare (cu cat raportul volatilitatilor este mai departat de unitate). Separarea si conditiile separarii depind de relatiile dintre proprietatile fazei lichide si a fazei de vapori ale sistemului (echilibrul LICHID VAPORI). Variante ale operatiei de distilare: Distilarea simpla; Distilarea fractionata; Antrenarea cu vapori; Rectificarea; Distilarea azeotropa; Distilarea extractiva; Distilarea adsorbtiva; Distilarea moleculara. Prin fierbere, un amestec lichid, omogen, multicomponent, degaja vapori. Datorita presiunilor de vapori diferite ale componentilor, compozitia fazei de vapori este diferita de compozitia fazei lichide din care provine. In timpul fierberii vaporii degajati sunt, in general, mai bogati in componenti usor volatili, faza lichida imbogatindu-se in componenti greu volatili. Metode de separare prin distilare Functie de gradul de separare a componentilor amestecului initial, de debitele de operare, de destinatia fractiilor separate: Distilare simpla (diferentiala); Distilare extractiva; Antrenare cu vapori; Distilare moleculara; Rectificare.

DISTILAREA SIMPLA Da rezultate bune numai la separarea amestecurilor formate din lichide cu puncte de fierbere departate, care nu formeaza azeotropi. Operatia consta in fierberea amestecului de separat, indepartarea vaporilor pe masura ce acestia se formeaza din spatiul de fierbere, urmata de condensarea lor intr-un condensator exterior. CONDENSATUL = DISTILAT (fractiunea usoara) LICHIDUL DIN BLAZ = REZIDUU (fractiunea grea)

Daca in timpul distilarii se colecteaza mai multe fractiuni de distilat, operatia poarta denumirea de DISTILARE FRACTIONATA Primele fractiuni, bogate in component usor volatil = frunti de distilare; Ultimele fractiuni, sarace in component usor volatil = cozi de distilare; DISTILAREA SIMPLA fara deflegmator

1-Blaza de distilare; 2-Condensator; 3-Alimentare amestec; 4-Sistem de incalzire (manta, serpentina, fascicul tubular); 5-Evacuare reziduu; 6-Evacuare distilat; 7-Colector distilat; 8-Reflux; 9-Deflegmator (condensator de reflux); Gradul de separare se imbunatateste daca o parte din DISTILAT se reintroduce in blaza de distilare sub forma de REFLUX. Cu cat cantitatea refluxata este mai mare, cu atat distilatul este mai bogat in component usor volatil. Refluxul se introduce prin intermediul unui DEFLEGMATOR (condensator de reflux); EXTERIOR BLAZEI; DEASUPRA BLAZEI (INTERIOR). RECTIFICAREA Rectificarea = distilare simpla repetata Se utilizeaza pentru separarea majoritatii amestecurilor total miscibile cu comportare ideala Amestecurile azeotrope pana la punctul de azeotropie se supun si ele rectificarii Scopul rectificarii: Obtinerea unor produse cat mai pure; Obtinerea unor produse cat mai concentrate: Separarea este cu atat mai completa cu cat numarul distilarilor si condensarilor este mai mare.

Principii de rectificare: Distilari simple cuplate in serie

Principii de rectificare: Coloana de rectificare cu talere Functionare in regim continuu, stationar

7. Determinarea punctului de inflamabilitate a uleiului cu aparatul MarcussonGeneraliti: Se numete punct de inflamabilitate temperatura cea mai joas, la care vaporii de la suprafaa produsului de cercetat, n amestec cu aerul, la presiunea atmosferic normal, se aprind pentru prima oar, n contact cu o flacr. Temperatura la care porii o dat aprini ard continuu se numete temperatur de ardere. Punctul de inflamabilitate se determina cu ajutorul urmtoarelor trei aparate: -aparatul Abel -Pensky pentru produse care au punctul de inflamabilitate ntre 20 i 50 gradeCelsius (white -spirit si petrol); -aparatul Marcusson pentru produse cu punct de inflamabilitate de peste 80 grade Celsius (pcur, ulei etc.).

Descrierea aparaturii: Aparatul Marcusson se compune din: creuzetul 3 din porelan smluit i prevzut n interior cu dou repere circulare, negre i altul rou, pn la care se va turna produsul de cercetat (nivelul produsului cercetat difer n funcie de punctul de inflamabilitate, dac este sub sau peste 250 grade Celsius). Creuzetul se sprijin pe un suport metalic inelar 16, iar acesta pe suportul 14. Termometrul 11 este fixat, prin intermediul bratului 13 de suportul 15. Aprtorile 5 i 12 feresc dispozitivul de nclzire i respectiv dispozitivul de aprindere de curenii de aer. Dispozitivul de aprindere 10 este format dintr-un tub metalic ndoit la ambele capete, care se pot roti in planul orizontal n jurul suportului 9. Arcul 8 menine tubul 10 la nlimea admis de poziia pe care o ocup rondeaua 7 pe suportul 9. Partea din dreapta a tubului 10 face legatura, prin intermediul unui racird flexibil, cu sursa de gaze. Dispozitivul de nclzire const din rezistena 2, alimentat de la un transformator cu tensiune variabil. Suportul 14, mpreuna cu celelate pri ale aparatului este fixat pe suportul curbat 1 prevzut cu dou uruburi 4 de reglare a orizontalitii aparatului.

Mod de lucru: Se aeaz aparatul ntr-un loc ferit de cureni de aer i pe ct posibil n lumin difuz, pentru a se putea observa bine inflamarea. Termometrul se aeaz astfel nct rezervorul cu mercur s se gseasc la distana de 5 mm de peretele creuzetului i la 2 mm de find. Produsele cu punct de inflamabilitate sub 250 grade Celsius se toarn n creuzet pn la reperul inferior (rou), iar produsele cu punctul de inflamabilitate sub 250 grade Celsius se toarna pn la nivelul superior (negru). Se fixeaz dispozitivul de aprindere n aa fel nct vrful su la rotire s treac prin central cruzetului, fra s-l ating. Flacra dispozitivului de aprindere se regleaz la o lungime de 10 mm. Temperatura aparatului trebuie s fie naintea nceperii determinrii mai mic cu 60 grade Celsius dect punctul de inflamabilitate a produsului de cercetat. Ulei folosit: 10W 40 Punctul de inflamabilitate: la 220 grade Celsius Indicat de producator: 240 grade masurat in laborator.