СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОЙ КИСЛОТНО-ОСНОВНОЙ ИНДИКАТОРНОЙ БУМАГИ
METHOD OF PRODUCING UNIVERSAL ACID-BASE INDICATOR PAPER

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов с помощью химических индикаторов, в частности к способу получения кислотно-основной индикаторной бумаги, и может быть использовано в аналитической химии, химической технологии для определения рН водных растворов, суспензий, эмульсий и биологических жидкостей.
Известен способ получения кислотно-основной индикаторной полосы путем пропитки фильтровальной хроматографической бумаги растворами кислотно-основных индикаторов (SU 524534, 1976, кл. D21F 11/14).
Недостатком индикаторной бумаги, получаемой указанными способами, является слабая фиксация индикатора на целлюлозном носителе, вымывание индикатора с бумаги в анализируемый раствор, а также размываемость цветовой окраски индикаторной бумаги при контакте с анализируемым раствором, что снижает точность определения рН из-за возникающих вследствие капиллярного эффекта зон различных окрасок индикатора.
Известен также способ получения кислотно-основной индикаторной бумаги для определения рН в диапазоне 5-9 путем обработки фильтровальной бумаги смесью реагентов, содержащей 0.0012 г метилового красного, 0.016 г бромтимолового синего, 2.40 г поливинилового спирта, 0.04 г полиоксиэтилена сорбината монолаурата, в 40 мл 35%-ного этанола [GB 922606, 1963].
Недостатком этого способа получения кислотно-основной индикаторной бумаги является сложность получения полиоксиэтилена сорбитана монолаурата, а сама композиция пропиточного раствора является сложной и недостаточно воспроизводимой, так как состоит из смеси закрепителей.
Известен также способ получения индикаторной бумаги для определения белка, глюкозы и рН мочи путем пропитки фильтровальной бумаги раствором смеси рН-индикаторов, содержащей нитразиновый желтый, тимоловый синий, бромтимоловый синий, п-нитрофенол, а также желатин [CS 178708, 1979, кл. G01N 33/16].
Недостатком этого способа получения индикаторной бумаги является то, что индикаторная бумага при контакте с анализируемыми растворами принимает неоднородную окраску вследствие размывания индикатора-красителя, т.к. желатин не улучшает ее стойкость в щелочных средах.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ получения кислотно-основной индикаторной бумаги для определения рН раствора [SU 1127935] (прототип) путем пропитки хроматографической бумаги раствором кислотно-основного индикатора и закрепителя, в качестве которого используют 0.3÷1.8% раствор натрия сернокислого в 40÷60%-ном этаноле.
Недостатком известного по прототипу способа получения кислотно-основной индикаторной бумаги является ограниченная область ее применения, только для рН 5-9, в диапазоне цветовых переходов от желтого при рН 5 до темно-синего при рН 9 через желто-зеленый и зелено-синий тона.
Вторым недостатком является то, что сульфат натрия нерастворим в спирте, тогда как целый ряд индикаторов, наоборот, нерастворим в водно-спиртовом растворе, что ограничивает применение прототипа для получения универсальной бумаги.
Технический результат изобретения - повышение точности измерения рН среды в более широком диапазоне кислотности и щелочности, с одновременным повышением устойчивости универсальной смеси кислотно-основных индикаторов к размыванию в процессе использования универсальной кислотно-основной индикаторной бумаги.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения универсальной кислотно-основной индикаторной бумаги для определения рН раствора путем пропитки хроматографической бумаги раствором смеси кислотно-основных индикаторов и закрепителя согласно изобретению в качестве закрепителя используют тетраалкиламмония галогенид с его содержанием в растворе 0.2÷2.0 мас.%, который выбирают из ряда: хлорид, бромид или иодид тетраметиламмония, хлорид, бромид или иодид тетраэтиламмония, хлорид или бромид тетрапропиламмония, бромид триметилоктиламмония, при этом раствор смеси кислотно-основных индикаторов и закрепителя доводят до желтого цвета 0.1 н. раствором натрия гидроокиси.
В качестве индикаторов используют, например, метиловый красный, метиловый оранжевый, метиловый желтый, бромтимоловый синий, тимоловый синий, ксиленоловый синий, фенолфталеин, ализариновый желтый Р, тропеолин ОО и др.
В качестве закрепителей выбран приведенный в формуле ряд, который позволяет достигнуть высокий технический результат. Однако этим перечислением не ограничивается применение эквивалентных химических реагентов-аналогов - тетраалкиламмония галогенидов.
Из ряда закрепителей предпочтительно применение более дешевых и нетоксичных тетраэтиламмония хлорида и бромида.
Содержание тетраалкиламмония галогенида в растворе 0.2÷2.0 мас.% обусловлено тем, что при концентрации меньше 0.2 мас.% действие закрепителя значительно снижается, а при концентрации больше 2.0 мас.% дальнейшее достижение результата затрудняется из-за увеличения времени сушки бумаги и увеличения стоимости продукта при исключении дальнейшего улучшения контрастности цветовых переходов.
При приготовлении раствора смеси кислотно-основных индикаторов и закрепителя применяют известные растворители, предпочтительно на основе этанола.
Предлагаемый способ получения универсальной кислотно-основной индикаторной бумаги (УКОИБ) осуществляют следующим образом.
2
Готовят раствор смеси кислотно-основных индикаторов и закрепителя. Полученный раствор подают в пропиточную ванну пропиточно-сушильной машины. Рулон бумаги-основы для экспресс-тестов марки III ТУ 13-730800-721-85 (160 г/м) диаметром 260 мм и шириной 8.5 см весом 2150 г вставляют в держатели пропиточного узла пропиточно-сушильной машины и включением протяжного устройства пропускают ленту бумаги через пропиточную ванну, снабженную контактным валиком, в которую самотеком поступает раствор для пропитки, затем импрегнированную бумагу подают через зоны приточно-вытяжной сушки при 60°С до приемной бобины с приемным вращением. Получают бобину УКОИБ желтого цвета.
Получаемая по этому способу универсальная кислотно-основная индикаторная бумага (УКОИБ) имеет равномерную окраску и по точности определения превышает качество УКОИБ, получаемой из тех же индикаторов другими известными способами.
Из УКОИБ готовят удобную в применении готовую аналитическую форму. Ленту шириной 8.5 см дублируют двусторонней липкой лентой с защитным слоем. Полученную заготовку разрезают вдоль на ленты шириной 1 см, снимают с ленты защитный слой и ленту закрепляют по краю полимерной подложки (например, поливиниловой или полипропиленовой). Затем полимерную подложку с закрепленной индикаторной лентой разрезают поперек с помощью устройства размерной резки на полосы, представляющие собой полимерную полосу-подложку шириной 1 см с квадратом 1 см УКОИБ на конце.
Использование предлагаемого способа позволяет получить универсальную кислотно-основную индикаторную бумагу в виде индикаторных полос с более однородной окраской и четкостью цветовых переходов при определении рН, с лучшей контрастностью цветовых переходов в широком диапазоне рН и стойкостью к размыванию жидкими средами.
Осуществление предлагаемого способа иллюстрируется конкретными примерами получения УКОИБ рН 2-10 и УКОИБ рН 2-12 с различными цветовыми переходами. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенный способ.
Пример 1. УКОИБ рН 2-10 (вариант цветового перехода 1)
Готовили раствор для пропитки бумаги, для чего растворяли метиловый желтый 0.186 г, метиловый красный 0.124 г, бромтимоловый синий 0.280 г, тимоловый синий 0.324 г, фенолфталеин 0.068 г, тетраэтиламмония бромид (ТЭАБ) 9.0 г в 740 мл этанола (1.52 мас.% ТЭАБ). К полученному раствору по каплям прибавляли 0.1 н. раствор гидроокиси натрия до появления желтой окраски. Пропитывали этим раствором рулон бумаги-основы для экспресс-тестов марки III на пропиточно-сушильной машине. Изготовляли индикаторные полоски, которые упаковывали в пеналы с цветовой шкалой сравнения в диапазоне рН 2-10. Полученная УКОИБ рН 2-10 (вариант цветового перехода 1) дала следующую окраску рН - цвет: 2 - красный, 3 - оранжево-красный, 4 -оранжевый, 5 - оранжево-желтый, 6 - желтый, 7 - зеленовато-желтый, 8 -зеленый, 9 - зеленовато-синий, 10 - темно-синий. Ошибка при определении рН раствора составляла 2%.
Пример 2. УКОИБ рН 2-12 (вариант цветового перехода 2)
Готовили раствор для пропитки бумаги, для чего растворяли тропеолин ОО 0.7 г, метиловый оранжевый 1 г, метиловый красный 0.8 г, бромтимоловый синий 4 г, фенолфталеин 5 г, ализариновый желтый Р (п-нитробензолазосалицилат натрия) 0.6 г, тетраэтиламмония хлорид (ТЭАХ) 20 г в 1 л 50%-ного этанола (2.0 мас.% ТЭАХ). Полученным раствором пропитывали хроматографическую бумагу марки "С" ГОСТ 10395-75. Полученная УКОИБ рН 2-12 (вариант цветового перехода 2) дала следующую окраску рН - цвет: 2 - оранжево-красный, 3 -красно-оранжевый, 4 - оранжевый, 5 - желто-оранжевый, 6 - оранжево-желтый, 6.5- желтый, 7 - зелено-желтый, 8 - зеленый, 9 - зелено-голубой, 9.5 - сине-фиолетовый, 10 - фиолетовый, 12 - красно-фиолетовый. Ошибка при определении рН раствора составляла 4%.
Пример 3. Определение оптимальных соотношений индикаторов и тетраэтиламмония хлорида (ТЭАХ)
Готовили раствор смеси индикаторов в 50%-ном водном этаноле по примеру 2. Отдельно готовили раствор 4 мас.%-ный ТЭАХ в этаноле. Из растворов индикаторов, раствора ТЭАХ и этанола готовили различные смеси пропиточных растворов, которыми пропитывали листы бумаги-основы для экспресс-тестов, закрепляли их на белой полимерной подложке и сравнивали их свойства.
Было проведено сравнение образцов №2-5 кислотно-основной индикаторной бумаги УКОИБ рН 2-12 (вариант цветового перехода 2) с образцом №1 кислотно-основной индикаторной бумагой, полученной с теми же индикаторами, но без использования закрепителя - тетраалкиламмония хлорида.
Испытание проводили по критерию "1 рН" по уровням рН: 2.0; 3.0; 4.0; 5.0; 6.0; 7.0; 8.0; 9.0; 10.0; 11.0 и 12.0, испытателями, которые были предварительно ознакомлены с методикой работы с индикаторными полосками УКОИБ. Каждый технолог сделал по 22 определения рН с помощью индикаторных полосок.
Сравнительные данные по качеству УКОИБ рН 2-12 сведены в Таблицу 1.
Таблица 1
№ образца УКОИБ
ТЭАХ в пропиточном растворе, мас.%
Ошибка определений рН, %
1
-
14
2
0.2
5
3
0.4
4
4
0.8
3
5
1.6
2
по Примеру 2
2.0
3
В результате этих испытаний установлено, что в случае образцов УКОИБ с закрепителем ошибка определений значительно меньше, чем в образце УКОИБ без закрепителя (см. Таблицу 1). Это свидетельствует о большой точности измерений рН с помощью УКОИБ, полученной по предлагаемому способу.
Пример 4. УКОИБ с разным содержанием закрепителя
Готовили семь растворов для пропитки бумаги, как в случае УКОИБ Примера 1 (вариант цветового перехода 1), для каждого раствора в качестве закрепителя применяли различные тетраалкиламмония галогениды из ряда, указанного в формуле изобретения. Результаты по испытанию УКОИБ (вариант цветового перехода 1) с разным содержанием закрепителей представлены в Таблице 2.
Таблица 2
Закрепитель в пропиточном растворе
Количество закрепителя в растворе, мас.%
Ошибка определений рН,%
Тетраэтиламмония иодид
1.8
2
Тетрапропиламмония хлорид
1.4
1
Тетрапропиламмония бромид
1.0
2
Тетраметиламмония хлорид
0.2
5
Тетраметиламмония бромид
0.3
5
Тетраметиламмония иодид
2.0
2
Триметилоктиламмония бромид
1.8
3
Кислотно-основная индикаторная бумага, полученная по предлагаемому способу, имеет желтый цвет и обладает контрастными переходами цветов по шкале, прочностью закрепления индикаторов, отсутствием размываемости и большей стойкостью результирующего цвета после контакта с анализируемыми образцами, что позволяет с большой точностью проводить определение рН в водных растворах, суспензиях и эмульсиях.