Download - Determinarea noxelor

Transcript
Page 1: Determinarea noxelor

UNIVERSITATEA FACULTATEA DE INGINERIE

CURS POSTUNIVERSITARÎN DOMENIUL SECURITĂŢII ŞI SĂNĂTĂŢII ÎN MUNCĂ

DISCIPLINA: MĂSURAREA NOXELOR ÎN MEDIUL PROFESIONAL

PROIECT DE CURS

Page 2: Determinarea noxelor

Numele si prenumele Data primirii temei: Tema proiectului: MĂSURAREA NOXELOR ÎN MEDIUL PROFESIONAL. Lucrări de laborator:

1. Dozarea zaharurilor prin metoda refractometrică 2. Extracţia3. Precipitarea, filtrarea4. Determinarea durităţii apei5. Determinarea ionilor de Ca si Mg din apă6. Separarea solventului – distilare7. Determinarea punctului de inflamabilitate

Responsabil disciplina:

1. Dozarea zaharurilor prin metoda refractometrică

Determinarea 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:

Page 3: Determinarea noxelor

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

Page 4: Determinarea noxelor

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 5.610ml sp/10ml ad 9.215ml sp/10ml ad 12.020ml sp/10ml ad 12.89.45ml sp/10ml ad 8.9

Extractia- Metoda de separare si purificareExtractia este un proces fizic de separare a componentelor unui amestec omogen pe baza diferenţei de solubilitate într-un solvent selectiv .

Page 5: Determinarea noxelor

Separarea se poate realiza dintr-un amestec omogen lichid , utilizând un solvent lichid, atunci avem de-a face cu extractia l-l, sau separarea unei componente dintr-o substanţă solidă utilizând un dizolvant lichid,când are loc o extractie s-l.Schematic, procesul de extractie poate fi redat astfel : ( A + B) + S → / E(extract) = A + S \ R(rafinat )= BA- componenta de extrasB-restul componentelor din amestecul omogen initialS-solventul selectiv, cu proprietatea de a dizolva componenta A ,formând cu ea un amestec omogen, nemiscibil cu B.Extractul si Rafinatul sunt doua faze lichide nemiscibile.Practic separarea este asigurată prin contactări multiple ale solventului cu amestecul de separat,iar eficienta procesului depinde de natura şi proprietatile solventului, temperatura de lucru şi suprafata de contact.În cazul extractiei l-l are loc de fapt o repartitie a componentei de separat între fazele extract şi rafinat,procesul fiind cu atât mai performant cu cât cantitatea de compus de separat este mai mare în extract si mai mică în rafinat . Solventul ales trebuie să aibă o selectivitate bună , adică să dizolve cu precădere componenta care intereseaza, dar si o putere de dizolvare acceptabilă , pentru ca si sub aspect al calitătii ,dar şi eficientei ,procesul să prezinte interes economic. De asemenea solventul sau solventii utilizati trebuie să fie substante stabile, cât mai putin reactive cu substantele din mediul de reactie si să se poată îndepărta cu uşurinţă din extract si rafinat prin evaporare,antrenare cu vapori , precipitarea substantei separate , etc. În ceea ce priveşte temperatura de desfăşurare a extractiei , ea se alege pentru fiecare proces în parte,la nivelul optim , având în vedere că ridicarea temperaturii influenteaza favorabil puterea de dizolvare si defavorabil selectivitatea solventului.Câteva exemple de solventi utilizati în procese de extractie :apa,hexan,benzen, toluen,acetona,fenol,alcooli,acetati,etc..

2. EXTRACŢIA SOXHLET

Dacă amestecul initial este solid, operatia este numită extractie solid-lichid. Cea mai utilizată 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).Părtile componenete ale unui extractor Soxhlet sunt:

Page 6: Determinarea noxelor

Mod de functionare:

Durata si eficacitatea extractiei depinde de:-natura si gradul de măruntire al produsului supus extractiei;- natura solventului ales;- viteza de circulatie a solventului;- temperatura de lucru;Solventii cei mai frecventi întrebuintati în operatiile de extractie sunt: apa, alcoolul etilic, acetona, benzenul, tetraclorura de carbon, cloroformul, etc. Indiferent de natura amestecului supus extractiei, solventul trebuie să îndeplinească urmatoarele conditii:1) să fie selectiv;2) să fie pur;3) să nu fie exploziv sau inflamabil;4) să aiba masa specifica mică;5) să aiba temperatura de fierbere cât mai scazută ;6) să nu fie coroziv sau prea toxic.

3. Precipitarea, filtrarea

Precipitarea este formarea a unei substanţe insolubile (solide), numită precipitat, creată într-un mediu lichid de reacție chimică sau prin electroliză. Precipitarea se determină prin adăugare de substanțe precipitante (reactivi) la soluții chimice. Precipitatele au o gamă largă de utilizări în chimia analitică, ele reprezentând caracteristica după care se recunosc anumiți cationi. Reactivii (precipitanții) pot în reacție să-și păstreze compoziția chimică sau să și-o modifice.

Exemplu de reactiv - Azotatul de argint

Page 7: Determinarea noxelor

Azotatul de argintAgNO3 este folosit pentru a identifica ionul de clor, brom și iod după reacțiile cu formare de precipitate:

AgNO3 + HCl = AgCl↓ (alb brânzos) + HNO3 AgNO3 + HBr = AgBr↓ (galben brânzos) + 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 precipitatuluiConsum redus de reactiv de spalare pentru evitarea dizolvarii precipitatului.Filtrarea se realizeaza de obicei in patru etape :1) retinerea fazei solide de catre suprafata filtranta2)filtrarea cantitatilor ulterioare de amestec l-s pe un strat suplimentar de material filtrant constituit chiar din primele cantitati de precipitat separate pe suprafata filtranta3)spalarea precipitatului separat in vederea indepartarii filtratului retinut4)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 durităţii apei potabile

Prin duritatea apei se înţelege totalitatea sărurilor alcalino- pământoase care se găsesc în apă, constituind duritatea totală a apei.Duritatea totală reprezintă suma durităţii temporare, numită şi alcalinitate sau duritate datorită bicarbonaţilor de calciu şi de magneziu şi a durităţii permanente, datorită mai ales sulfaţilor, clorurilor , fosfaţilor, silicaţilor de calciu şi de magneziu.

Page 8: Determinarea noxelor

Duritatea temporară este formată din carbonaţii acizi de calciu şi de magneziu, care prin fierbere se descompun, precipitându-se carbonaţii respectivi. Prin această carbonaţii acizi dispar ca generatori de duritate, de unde şi numele de duritate temporară.Duritateapermanentă este formată din sărurile alcalino- pământoase (cloruri, sulfaţi) care rămân în soluţie.Durităţile se exprimă în grade de duritate, corespunzând concentraţiilor respectivelor săruri:1 grad german de duritate = 10 mg CaO la 1 litru apă1 grad francez de duritate = 10 mg CaCO3 la 1 litru apă

În gradele de duritate sunt cuprinse împreună şi sărurile de magneziu, nu numai cele de calciu.Gradul de duritate reprezintă în România duritatea echivalentă a 10 mg CaO/dm 3 (fiind identic cu gradul german).

După numărul gradelor de duritate totală, apele se clasifică în:ape foarte moi 0-4ape moi 4-8ape mijlocii 8-12ape relativ dure 12-18ape dure 18-30ape foarte dure > 30

Apa dură provoacă greutăţi mari în folosinţele industriale, ca de exemplu depunerea de cruste, în cazul cazanelor de abur, în spălătorii măresc cantităţile de agenţi de spălare,deoarece formează săpunuri insolubile.

Principiul metodei

Acidul etilen – diamin –tetraacetic (EDTA), cunoscut şi sub denumirea de complexon,formează cu ionii de calciu şi magneziu prezenţi în apă un complex neionizabil, stabil. Se foloseşte ca indicator negru eriocrom T, care la pH 8-10 are culoare roşie în prezenţa ionilor de calciu şi magneziu şi o coloraţie albastră după ce ionii au fost fixaţi prin EDTA. Reactivi necesari:- complexon III, 0,01M;- soluţie- tampon (67,5 g clorură de amoniu se dizolvă în 570 mlamoniac concentrat şi se completează la 1000 ml cu apă distilată);-indicator de soluţie negru eriocrom T (30 ml apă distilată, la care se adaugă 1 ml soluţienormală de carbonat de sodiu, 1 mg negru eriocrom T. Se amestecă şi se completează cu alcool izopropilic la 100ml).

Mod de lucru

Într-o capsulă de porţelan se măsoară 50 ml apă de cercetat, se adaugă 0,5 m de soluţie-tampon, se agită şi se adaugă 4-5 picături de indicator. Se va obţine o coloraţie roşie. Se titrează cu complexon III din biuretă, agitând continuu până culoarea roşie virează în albastru. Titrarea trebuie făcută încet, deoarece punctul final apare brusc.

5. Determinarea ionilor de calciu şi magneziu din apă

Datorită unor caracteristici biochimice şi fiziologice distincte, este util să se cunoască concentraţia ionilor de Ca2+ şi Mg 2+ separat.Astfel, magneziul se găseşte în apă sub formă desulfaţi, care în concentraţie mare imprimă apei un gust dezagreabil şi un efect laxativ. De asemenea , magneziul mai poate fi prezent în apă sub formă de cloruri şi bicarbonaţi. Calciu este prezent în toate apele sub formă de bicarbonaţi, sulfaţi sau cloruri. Excesul de calciu imprimă apei un gust sălciu, fiind incriminat în favorizarea calculozei renale; lipsade calciu pare a juca un rol în producerea unor tulburări funcţionale ale cordului (aritmii) până la infarctul de miocard.

Aparatură şi materiale necesare: Biurete Amestec indicatori pentru determinarea pH-ului, scară de etalonare, pH -metru, soluţii tampon

pentru diferite valori de pH

Page 9: Determinarea noxelor

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

fenolftaleină.

6. Distilarea si Rectificarea

Distilarea este operaţia de separare a componenţilor unui amestec omogen de lichid pe baza diferenţei de volatilitate sau a temperaturilor de fierbere a componenţilor.

La rectificare, această pereche de operaţii se repetă de mai multe ori.Separarea şi condiţiile separării depind de relaţiile dintre proprietăţile fazei lichide şi a fazei de

vapori ale sistemului, adică 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.

Aplicaţiile distilării / rectificării : obţinerea fracţiunilor (produselor) petroliere din ţiţei ; separarea componenţilor din amestecurile lichide organice; separarea aerului (după lichefiere) în oxigen şi azot; concentrarea acidului sulfuric.

DISTILAREA SIMPLĂ ŞI DISTILAREA FRACŢIONATĂ

Distilarea simplă

Distilarea fracţionată

Page 10: Determinarea noxelor

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)

Page 11: Determinarea noxelor

Daca in timpul distilarii se colecteaza mai multe fractiuni de distilat, operatia poarta denumirea de DISTILARE FRACTIONATAPrimele 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 repetataSe utilizeaza pentru separarea majoritatii amestecurilor total miscibile cu comportare idealaAmestecurile azeotrope – pana la punctul de azeotropie – se supun si ele rectificariiScopul 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

Page 12: Determinarea noxelor

Principii de rectificare:Coloana de rectificare cu talereFunctionare in regim continuu, stationar

7. Determinarea punctului de inflamabilitate a uleiului cu aparatul Marcusson

Generalităţi:

Se numeşte punct de inflamabilitate temperatura cea mai joasă, la care vaporii de la suprafaţa produsului de cercetat, în amestec cu aerul, la presiunea atmosferică normală, se aprind pentru prima oară, în contact cu o flacără.Temperatura la care porii o dată aprinşi ard continuu se numeşte temperatură de ardere.Punctul de inflamabilitate se determina cu ajutorul următoarelor trei aparate:-aparatul Abel-Pensky pentru produse care au punctul de inflamabilitate între 20 şi 50 gradeCelsius (white-spirit si petrol);-aparatul Marcusson pentru produse cu punct de inflamabilitate de peste 80 grade Celsius (păcură, ulei etc.).

Descrierea aparaturii:

Page 13: Determinarea noxelor

Aparatul Marcusson se compune din: creuzetul 3 din porţelan smălţuit şi prevăzut în interior cu două repere circulare, negre şi altul roşu, până la care se va turna produsul de cercetat (nivelul produsului cercetat diferă în funcţie de punctul de inflamabilitate, dacă este sub sau peste 250 grade Celsius). Creuzetul se sprijină pe un suport metalic inelar 16, iar acesta pe suportul 14. Termometrul 11 este fixat, prin intermediul bratului 13 de suportul 15. Apărătorile 5 şi 12 feresc dispozitivul de încălzire şi respectiv dispozitivul de aprindere de curenţii de aer. Dispozitivul de aprindere 10 este format dintr-un tub metalic îndoit la ambele capete, care se pot roti in planul orizontal în jurul suportului 9. Arcul 8 menţine tubul 10 la înălţimea admisă de poziţia pe care o ocupă rondeaua 7 pe suportul 9. Partea din dreapta a tubului 10 face legatura, prin intermediul unui racird flexibil, cu sursa de gaze. Dispozitivul de încălzire constă din rezistenţa 2, alimentată de la un transformator cu tensiune variabilă. Suportul 14, împreuna cu celelate părţi ale aparatului este fixat pe suportul curbat 1 prevăzut cu două şuruburi 4 de reglare a orizontalităţii aparatului.

Mod de lucru:

Se aşează aparatul într-un loc ferit de curenţi de aer şi pe cât posibil în lumină difuză, pentru a se putea observa bine inflamarea.Termometrul se aşează astfel încât rezervorul cu mercur să se găsească la distanţa de 5 mm de peretele creuzetului şi la 2 mm de find. Produsele cu punct de inflamabilitate sub 250 grade Celsius se toarnă în creuzet până la reperul inferior (roşu), iar produsele cu punctul de inflamabilitate sub 250 grade Celsius se toarna până la nivelul superior (negru). Se fixează dispozitivul de aprindere în aşa fel încât vârful său la rotire să treacă prin central cruzetului, făra să-l atingă. Flacăra dispozitivului de aprindere se reglează la o lungime de 10 mm.Temperatura aparatului trebuie să fie înaintea începerii determinării mai mică cu 60 grade Celsius decât punctul de inflamabilitate a produsului de cercetat. Ulei folosit: 10W 40 Punctul de inflamabilitate: la 220 grade CelsiusIndicat de producator: 240 grade masurat in laborator.