CN201344887Y - 测定磷化液中NaNO2浓度的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种测定准确度高的测定磷化液中NaNO₂浓度的装置，该装置包括反应装置、测量装置，所述的反应装置与测量装置分别通过气体管与三通阀相连接，其中，所述的反应装置包括：一储液管和一样品瓶，通过所述气体管与三通阀连接，储液管底部连有一带开关的滴管，一样品瓶，置于所述储液管下方，储液管的滴管通到样品瓶内，样品瓶开口密封，通过样品瓶口上部的连接管与储液管的上部联通，一调节旋钮，设于储液管处，调节储液管中液面高度；所述测量装置包括：一储水管和一量气管，储水管通过气体管与三通阀连接；一量气管底部通过弯管与储水管底部联通，二调节旋钮，分别设于量气管和储水管处，调节量气管和储水管中液面高度。

Description

测定磷化液中NaNO2浓度的装置

技术领域

本实用新型涉及化学检测装置，用于化学检测领域，尤其涉及一种测定磷化液中NaNO₂浓度的装置。

背景技术

NaNO₂是最常用的磷化促进剂之一。其中的NO₂ ^-可使常温磷化反应速度加快，提高磷化膜的致密性和耐蚀性。NO₂ ^-的氧化性很强，如果用量过多，会使钢铁表面发生钝化，阻碍磷化反应的进行，还会出现蓝色膜的情况。NaNO₂在酸性磷化液中不稳定，容易分解，需要不断补充，当浓度低于下限时，则难以生成连续的磷化膜，甚至反映在磷化膜外观上泛黄生锈，因此NaNO₂浓度是影响磷化质量的一个主要因素，在汽车厂和家电厂的磷化线上一般每1～2小时需要测定一次。

现在一般采用氨基磺酸法测定NaNO₂浓度，如图1为现有测定磷化液中NaNO₂浓度的发酵管的结构示意图所示，氨基磺酸法是利用HNO₂能与NH₂SO₃H定量反应生成N₂，在装满磷化液的发酵管中加入一定量的氨基磺酸使其与HNO₂反应，产生N₂的体积即为HNO₂的点数。

化学反应方程式如下：

HNO₂+NH₂SO₃H＝H₂SO₄+H₂O+N₂↑

操作步骤为：首先在发酵管1中加满磷化液，然后在发酵管1的开口11中加入氨基磺酸，迅速翻转发酵管使氨基磺酸进入发酵管的直管12中，并立即放正，放出的N₂就被收集到直管12的上部。通过测定产生N₂的体积数，计算NaNO₂浓度。

在使用发酵管进行亚硝酸根测定时，由于每一次操作时固体氨基磺酸在直管中与磷化液混合程度不尽相同，气体产生的速度和直管中溶液排出速度也无法保证一致，同时气体不断产生聚集在直管顶部而使得直管中的溶液不断被排出，体积不断减少，但并不能保证磷化液中的亚硝酸根能全部与发酵管底部固体状的氨基磺酸反应；并且受加入的氨基磺酸量的影响较大，因此用发酵管进行的氨基磺酸法所测得的结果很难准确。实际测定中不同操作者测得的结果往往不一致，重复性较差，误差达10％左右。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种测定磷化液中NaNO₂浓度的装置，以提高测定磷化液中NaNO₂浓度的准确度。

本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种测定磷化液中NaNO₂浓度的装置，包括反应装置和测量装置，所述的反应装置与测量装置分别通过气体管与三通阀相连接，其中，

所述的反应装置包括：一储液管和一样品瓶：储液管通过所述气体管与三通阀连接，储液管底部连有一带开关的滴管；一样品瓶，置于所述储液管下方，储液管的带开关的滴管通到样品瓶内，样品瓶开口密封，通过样品瓶口上部的连接管与储液管的上部联通；一调节旋钮设于储液管处，用于调节储液管中的液面高度；

所述测量装置包括：一储水管和一量气管：一储水管通过气体管与三通阀连接；一量气管底部通过弯管与储水管底部联通，二调节旋钮分别设于量气管和储水管处，调节量气管和储水管中的液面高度。

本实用新型工作原理中，通过反应装置进行溶液反应，产生气体，通入到测量装置中，测量气体的体积，能够准确测定气体体积，从而得到所测定的磷化液中NaNO₂的浓度。

本实用新型的装置并不局限于测定磷化液中NaNO₂浓度，还可用于其他通过测定产生气体体积来计算液体浓度的方法中。

在上述方案的基础上，为使磷化液与氨基磺酸更充分混合，所述反应装置还包括一电磁搅拌器，置于所述样品瓶下方。反应中，在样品瓶中加入磁力搅拌子，则电磁搅拌器能够在磁力作用下，通过磁力搅拌子的运动使得溶液反应充分。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的测定磷化液中NaNO₂浓度的装置，通过反应装置进行溶液反应，产生气体，测量装置测量所述气体的体积，能够准确测定气体体积，从而得到所测定的磷化液中NaNO₂的浓度。

附图说明

图1为现有测定磷化液中NaNO₂浓度的发酵管的结构示意图。

图2为本实用新型测定磷化液中NaNO₂浓度的装置的结构示意图。

图3为现有发酵管法的测定结果曲线图。

图4为本实用新型装置测定的NaNO₂浓度与N₂体积的线性关系图。

附图中标号说明

图1中：

1-发酵管    11-开口    12-直管

图2中：

21-反应装置

211-储液管      212-样品瓶      213-带开关的滴管

214-调节旋钮    215-电磁搅拌器  216-连接管

22-测量装置

221-储水管       222-量气管    223，223’-调节旋钮

224-弯管

23，23’-气体管  24-三通阀

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型测定磷化液中NaNO₂浓度的装置进行详细描述。

请参阅图2为本实用新型测定磷化液中NaNO₂浓度的装置的结构示意图所示，一种测定磷化液中NaNO₂浓度的装置，包括反应装置21和测量装置22，反应装置21与测量装置22分别通过气体管23，23’与三通阀24相连接，其中，

所述反应装置21包括：

一储液管211，通过所述气体管23与三通阀24连接，储液管211底部连有一带开关的滴管213，

一样品瓶212，置于所述储液管211下方，带开关的滴管213通入样品瓶212中，样品瓶212开口密封，通过瓶口上部的连接管216与储液管211的上部联通，

一调节旋钮214，设于储液管211处，调节储液管211中的液面高度，

一电磁搅拌器215，所述样品瓶212置于电磁搅拌器215上，用于产生磁力对置于样品瓶212中的物品进行搅拌；

所述测量装置22包括：

一储水管221，通过气体管23’与三通阀24连接；

一量气管222，底部通过弯管224与储水管221底部联通，

二调节旋钮223，223’，分别设于量气管222和储水管221处，调节量气管222和储水管221中的液面高度。

以下介绍利用本实用新型的装置测定磷化液中NaNO₂浓度的方法，该方法不限于测定本实施例的磷化液中NaNO₂浓度。对于测定不同的溶液浓度，则相应放置与所需测定的溶液相应的反应溶液。

由于温度影响气体的体积，因此实验需在恒温条件下进行。

1、在所述样品瓶212中放置10.00ml磷化液和磁力搅拌子，安装到电磁搅拌器215上，储液管211中放置氨基磺酸溶液，储水管221中放置纯水，装置安装到位；

2、先将三通阀24置于三通状态，此时储水管221与量液管222内液面自动相平，记录量气管222上的液面高度H₁；

3、再将三通阀23置于两通状态，将反应装置21与测量装置22联通，同时记下温度T，打开电磁搅拌器215搅拌，打开带开关的滴管213的向样品瓶212中滴加氨基磺酸溶液，直到无气泡产生(量气管222中液面不再上升)；

4、调节调节旋钮223，223’使储水管221与量液管222内液面再次相平，记录量气管222上的液面高度H₂；

5、计算两次液面高度H₂与H₁之差即为T温度下产生的N₂气体体积数，再用简化公式直接把N₂体积数转化为NaNO₂质量体积浓度。

以下为利用本实用新型的装置测定得到的结果：

1使用模拟磷化液表征测定装置

1.1精确度

在19.0℃(292.2K)下，用本实用新型的装置对10.00ml 1.07g/l的NaNO₂溶液进行连续6次测定，结果见表1：

表1

相对标准偏差 $\mathrm{RSD}=\frac{1}{\stackrel{\‾}{X}}\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Xi}-\stackrel{\‾}{X})}^2}{n-1}}\×100\%=2.6\%$

根据气体状态方程，可以计算出10.00ml 1.07g/l NaNO₂溶液的理论产气量V_N2理论。计算时忽略水的蒸气压(292.2K时纯水的饱和蒸气压2196.8Pa)，P取标准大气压值Ps(101325 Pa)：

V_N2理论＝nRT/(P-P_H2O)

       ≈nRT/Ps

       ＝3.73×10^-6m³

       ＝3.73ml

测定值与理论值的相对误差E＝3.4％。

对比实验

在19.0℃(292.2K)下，用现有发酵管对同样浓度的NaNO₂溶液进行测定的结果见图3为现有发酵管法的测定结果曲线图所示：

NaNO₂溶液：1.07g/l，50.0ml；

-□-曲线：加入氨基磺酸0.6g，在直管中颠倒混和一次；

-■-曲线：加入氨基磺酸1.0g，在直管中颠倒混和一次；

-△-曲线和-○-曲线：加入氨基磺酸2.0g，在直管中颠倒混和一次(平行测定)；

-●-曲线：加入氨基磺酸2.0g，未在直管中颠倒混和(极端情况)。

从图3可以看出氨基磺酸的加入量、颠倒混和与否及其混和程度对气体产生的速度和量都有很大的影响。

总的来说，新测定仪测定的结果重复性好，准确度和精密度都比较高；而发酵管法受测定操作过程影响很大，重复性差。

1.2线性关系

在19.0℃(292.2K)下，用本实用新型的装置对不同浓度的10.00ml NaNO₂标准溶液进行测定，氨基磺酸溶液为20.0g/l，约5.0ml，结果如表2：

表2

注：*气体体积实测值为三次平行测定结果的平均值。

实测气体体积(V_N2)对NaNO₂浓度(C_NaNO2)的线性关系如图4所示，回归方程为：V_N2＝3.56C_NaNO2+0.04，相关系数R＝0.999。可见，在所测定的0.36～2.66g/l浓度范围内N₂体积与NaNO₂浓度的线性相当好。线性方程理论上应为一条过原点的直线，而实际得到的方程。有一很小的常数项0.04，该项在简化计算时往往可以忽略。

一般来讲大气压的变化很小，可视为定值Ps，与Ps相比水的蒸气压可以忽略不计，因此N₂的压强可以直接用Ps表示。直线的斜率k在样品量一定的情况下决定于温度T(绝对温度)，k＝0.0119T(样品为10.00ml)，因此我们在每次测定时必须保持温度恒定才能保证直线的斜率不变和测定结果的可靠性。在实际应用中，当取样体积为10.00ml时，可以用简化的方程V_N2＝0.0119T×C_NaNO2把N₂的体积、温度和NaNO₂的浓度联系起来，而发酵管法测得的数值无此对应关系。

1.3测定时间

在发酵管法测定中一开始反应较快，但由于氨基磺酸固体仅靠溶解扩散才能与溶液中亚硝酸根反应，因而随着时间推移，反应变得缓慢而耗时。从图3可以看出在19.0℃测定时，10min后反应速度减缓。但当温度比较高时，氨基磺酸与亚硝酸的反应加快，因而测定时间可以缩短。有些表面处理剂公司介绍的发酵管法操作中需要用手堵住发酵管口颠倒混合，这样虽然能比较充分混和而缩短测定时间，但不利于操作人员的身体健康。而用新测定仪进行测定时是液液直接反应，同时可通过磁力搅拌使反应大大加速，所有操作仅需2～5min，而且无需与磷化液直接接触，十分简单，快捷。

1.4药品用量

用发酵管测定一次所用的氨基磺酸量为1～5g，而用本实用新型装置进行测定时一次仅需0.1g左右，磷化液用量也从50ml左右减少为10ml。

2实际样品的测定

取某汽车厂用磷化液10.00ml，用测定仪对其中的NaNO₂含量进行测定，同时进行回收率试验以考查新测定仪及测定方法的可行性，结果见表4。

表4

注：测定前需将磷化液样品迅速冷却至室温，本实验条件下为19.5℃(292.7K)，按照简化公式V_N2＝0.0119T×C_NaNO2进行浓度换算。

实验表明新测定装置操作简单，使用方便，反应为液液直接反应，而且通过磁力搅拌使溶液充分混和以加速反应，测定时间短，测定的精密度和准确度都比较高，同时还减少了氨基磺酸和磷化液的用量。可用于溶液中亚硝酸根浓度的测定，特别适用于磷化液中亚硝酸根的快速监测。

本实用新型不但能够准确测定产生气体的体积，从而测定磷化液中NaNO₂的浓度，而且本实用新型装置的结构简单，测定速度快。另外，在使用时不需人工接触溶液，因而能够避免人体受到化学溶液的损害。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1、一种测定磷化液中NaNO₂浓度的装置，包括反应装置(21)和测量装置(22)，其特征在于：所述的反应装置(21)与测量装置(22)分别通过气体管(23，23’)与三通阀(24)相连接，其中，

所述的反应装置(21)包括：

一储液管(211)，通过所述气体管(23)与三通阀(24)连接，储液管(211)底部连有一带开关的滴管(213)，

一样品瓶(212)，置于所述储液管(211)下方，带开关的滴管(213)通到样品瓶(212)内，样品瓶(212)开口密封，通过样品瓶口上部的连接管(216)与储液管(211)的上部联通，

一调节旋钮(214)，设于储液管(211)处，调节储液管(211)中的液面高度；

所述测量装置(22)包括：

一储水管(221)，通过气体管(23’)与三通阀(24)连接；

一量气管(222)，底部通过弯管(224)与储水管(221)底部联通，

二调节旋钮(223，223’)，分别设于量气管(222)和储水管(221)处，调节量气管(222)和储水管(221)中的液面高度。

2、根据权利要求1所述的测定磷化液中NaNO₂浓度的装置，其特征在于：所述反应装置(21)还包括一电磁搅拌器(215)，置于样品瓶(212)下方。

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