Экономическая оценка эффективности применения композитов Ф-4СФ/полианилин в качестве рН-индикаторов

курсовая работа

1.1 Классификация индикаторов и области их применения

Индикатор - прибор, устройство, информационная система, вещество - объект, отображающий изменение какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта в форме, наиболее удобной для непосредственного восприятия человеком визуально, акустически, тактильно или другим, легко интерпретируемым, способом.

Индикаторы (позднелат. indicator - указатель) - химические вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Указывают на определенное состояние системы или на момент достижения этого состояния.

По технике применения различают внутренние и внешние индикаторы. Более распространенные внутренние индикаторы непосредственно вводят в титруемый раствор. Внешние индикаторы применяют тогда, когда нельзя использовать внутренние. С помощью внешних индикаторов полноту оттитрования проверяют в пробах (каплях), последовательно отбираемых из титруемого раствора на часовое стекло или фарфоровую пластину.

По обратимости возникновения различают индикаторы обратимые и необратимые. Обратимые индикаторы - это соединения, способные существовать в двух или более формах, причем переход одной формы в другую форму обратим. Большинство известных индикаторов относятся к этому типу. Например, индикатор метиловый оранжевый окрашен в желтый цвет в щелочной среде, а в кислой - в красный. Переход желтой формы в красную может происходить любое число раз в зависимости от изменения рН раствора, т.е. в зависимости от недостатка или избытка введенного титранта или определяемого вещества. Необратимые индикаторы - это соединения, которые разрушаются при введении избытка реагента и окраска которых не восстанавливается добавлением анализируемого раствора. Тот же метиловый оранжевый может быть примером необратимого индикатора в окислительно-восстановительных реакциях. Одна избыточная капля титранта окислителя необратимо обесцвечивает индикатор. Необратимые индикаторы менее удобны и применяются редко.

Индикаторы применяют чаще всего для установления конца какой-либо реакции, главным образом конечной точки титрования. В соответствии с титриметрическими методами различают следующие виды индикаторов:

· кислотно-основные;

· окислительно-восстановительные;

· комплексонометрические;

· осадительные;

· адсорбционные.

Кислотно-основные индикаторы представляют собой растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет или люминесценцию в зависимости от концентрации ионов Н+ (рН среды).

Применение для установления конца реакции между кислотами и основаниями (в том числе при кислотно-основном титровании) или других реакций, если в них участвуют ионы Н+, а также для колориметрического определения рН водных растворов. Наиболее важные кислотно-основные индикаторы приведены в таблице 1.

Интервал значений pH (интервал перехода), в котором наблюдается изменение окраски, связан с константой диссоциации индикатора (pK) соотношением pH = pK ± 1.

При проведении анализа индикатор выбирают таким образом, чтобы интервал перехода окраски включал то значение pH, которое раствор должен иметь в точке эквивалентности.

Наиболее часто анализы методом нейтрализации проводят с метиловым оранжевым (интервал перехода 3,1-4,4), метиловым красным (4,2-6,3), фенолфталеином (8,0-9,8).

Таблица 1 - Значения рН перехода наиболее распространенных индикаторов

Индикатор и номер перехода

Интервал рН и номер перехода

Окраска

в кислой среде

в щелочной среде

Метиловый фиолетовый

0,13-0,15 [I]

желтый

зеленый

Метиловый фиолетовый [II]

1,0-1,5 [II]

зеленый

синий

Метиловый фиолетовый [III]

2,0-3,0 [III]

синий

фиолетовый

(Ди)метиловый желтый

3,0-4,0

красный

желтый

Бромфеноловый синий

3,0-4,6

желтый

сине-фиолетовый

Метиловый оранжевый

3,1-(4,0) 4,4

красный

оранжево-желтый

Метиловый красный

4,2(4,4)-6,2(6,3)

красный

желтый

Хлорфеноловый красный

5,0-6,6

желтый

красный

Лакмус (азолитмин)

5,0-8,0 (4,5-8,3)

красный

синий

Нейтральный красный

6,8-8,0

красный

янтарно-желтый

Феноловый красный

6,8-(8,0) 8,4

желтый

ярко-красный

Причина изменения цвета индикаторов в том, что присоединение или отдача протонов его молекулами связаны с заменой одних хромофорных групп другими или с появлением новых хромофорных групп.

Хромофоры - ненасыщенные группы атомов, обуславливающие цвет химического соединения. К хромофорам относят азогруппу --N=N--, нитрогруппу --NO2, нитрозогруппу --N=O, карбонильную группу =С=О, сопряженные системы двойных связей [1].

Окислительно-восстановительные индикаторы - вещества, способные изменять окраску в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала раствора. Применяют для установления конечной точки титрования окислительно-восстановительного титрования и для колориметрического определения окислительно-восстановительного потенциала (преимущественно в биологии). Такими индикаторами служат, как правило, вещества, которые сами подвергаются окислению или восстановлению.

Комплексонометрические индикаторы - вещества, образующие с ионамиметаллами окрашенные комплексы, по цвету отличающиеся от самих индикаторов. Применяются для установления конечной точки титрования в комплексонометрии.

Осадительные приводят к возникновению осадка с избытком титрана.

Адсорбционные индикаторы - вещества, способные адсорбироваться на поверхности осадка и менять при этом окраску или интенсивность люминесценции. Эти индикаторы, как правило, обратимы и используются в осадительном титровании. В первую очередь осадком адсорбируются ионы, идентичные тем, которые входят в состав самого осадка, после чего адсорбируется индикаторы. Большая группа индикаторов - красители, адсорбирующиеся поверхностью осадка с образованием солей с ионами, содержащимися в осадке.

Для титрования мутных и окрашенных растворов, когда переход окраски цветопеременных индикаторов неразличим, применяют люминисцентные и хемилюминисцентныеиндикаторы. Люминисцентные (например, эозин, хинин и др.) при освещении титруемого раствора УФ-излучением вызывают изменение цвета его свечения (люминисценции) независимо от степени окраски или прозрачности раствора. Действие хемилюминисцентных индикаторов основано на возникновении или исчезновении излучения видимого света при определенном значении рН среды за счет выделения энергии химической реакции (люминол, сидоксен и др.) [6].

Различают специфические, индивидуальные, смешанные и универсальные индикаторы. Специфические индикаторы позволяют обнаружить только одно конкретное вещество. Смешанный индикатор - это смесь двух разных индикаторов или смесь, состоящая из индикатора и нейтрального красителя, окраска которого не изменяется при разных рН (например, метиловый оранжевый с индиго-кармином). Смешанные индикаторы применяют, чтобы сделать переход окраски более контрастным.

Универсальные индикаторы - это смесь нескольких индикаторов, приобретающих различную окраску при нескольких значениях рН, что позволяет судить о величине рН по всему диапазону шкалы.

К твердым индикатором относят универсальную лакмусовую бумагу. Бумагу пропитывают раствором смеси индикаторов и, поэтому, она окрашивается в разные цвета в разных средах: в кислой среде наблюдается красная окраска лакмуса, в щелочной - синяя, а в нейтральной среде - фиолетовая. Например, в азотной кислоте бумага изменяет свой цвет на тёмно-красный. Существуют другие кислоты, в которых бумажка меняет свой цвет на красный. Это серная кислота, соляная и др. Эти кислоты называются сильными кислотами. А такие кислоты, как уксусная, лимонная, винная и др., относящиеся, главным образом, к большому классу химических веществ - органических, называются слабыми. В таких кислотах лакмусовая бумага приобретает розовый цвет.

Значит, с помощью индикаторной бумаги можно определить сильную и слабую кислоту, если они имеют раствор примерно одинаковой концентрации [11, 15].

Электронный индикатор - это электронное показывающее устройство, предназначенное для визуального контроля за процессами и сигналами. Электронные индикаторы устанавливаются в различное бытовое и промышленное оборудование для информирования человека об уровне или значении различных параметров, например, напряжения, тока, температуры, заряде батареи и т.д. Электронный индикатор помогает человеку быстро и наглядно оценить необходимые параметры, особенно которые человек непосредственно не может определить с помощью своих органов чувств. Если требуется высокая точность такой оценки, устанавливаются многоразрядные цифровые индикаторы, в случаях, когда точность не требуется и необходимо увидеть лишь наличие или отсутствие сигнала, применяют единичные индикаторы.

Понятие электронный индикатор объединяет множество различных устройств, и классификация может быть выполнена по различным признакам - конструктивным особенностям, способам управления и по назначению. В литературе встречаются различные способы классификации индикаторов:

По назначению - в зависимости от размера и места установки:

· индивидуальные

· групповые

· коллективного пользования

По цвету:

· Одноцветные - цвет которых определяется конструкцией.

· Многоцветные - индикаторы, имеющие возможность передавать информацию различным цветом или оттенками цвета. Обычно имеют ограниченное количество передаваемых цветов. Характерным примером могут быть индикаторы опасности, имеющие в обычном состоянии зеленый цвет, а в случае, требующем внимания - желтый или красный цвет.

· Полноцветные - индикаторы, имеющие возможность передавать все оттенки воспринимаемого человеческим глазом цвета.

По способу передачи информации:

· аналоговые- передают информацию яркостью или оттенком цвета.

· дискретные - передают информацию количеством и совокупностью элементов [4].

Применение индикаторов характеризуется, прежде всего, тем, что именно этими приборами электроника широко входит в быт человека. Можно упомянуть такие изделия, как электронные цифровые часы, калькуляторы, автомобильные индикаторные панели, настроенные шкалы радиоприемников, указатели программ телевизоров, индикаторы кухонного оборудования. В промышленности эти приборы являются обязательным элементом периферийных устройств ЭВМ, автоматизированных систем управления, контрольно-измерительной аппаратуры, сервисных устройств транспортных и связных систем. В военной технике системы отображения информации необходимы на командных пунктах, в различных навигационных устройствах, системах наведения, в приборных щитах самолетов, танков, подводных лодок.

Создание информационной базы, аккумулирующей в себя индикаторы качественной медицинской помощи, позволит в короткие сроки внедрить систему управления качеством медико-социальной помощи населению. Индикаторы качества в данной системе будут играть ключевую роль и отражать ее основные характеристики, такие как эффективность, безопасность, своевременность, способность удовлетворить ожидания и потребности пациентов, стабильность осуществления лечебного процесса и результата и т.д..

Все это предопределяет массовое производство индикаторных приборов: годовой выпуск приборов (в пересчете на знак) превышает 1 млрд., объем производства почти такой же, как у диодов всех типов, очень высоки и темпы роста - удвоение объема за 5-6 лет [7, 8, 12].

Делись добром ;)