13.2. Градуированные микропипетки, микробюретки и микромерные колбы
Для измерения объемов жидкости в пределах от 5*10-4 до 0,1 мл применяют микропипетки, изготовленные из толстостенного капилляра. Внутренний диаметр капилляра не должен быть меньше 0,5 мм, иначе возрастает погрешность в определении положения мениска. При диаметре капилляра 0,5 мм погрешность в отсчете положения мениска составляет 0,1 мм или 2*10-5 мл.
Пипетка Кирка (рис. 302,а) имеет два расширения. Одно из них ниже метки б служит для наполнения измеряемой жидкостью, а. другое 5 является ловушкой, предохраняющей поршневую часть 2 пипетки от попадания в нее жидкости. Для отбора жидкости чистую сухую пипетку плотно соединяют с поршневой частью пипетки при помощи резиновой пробки 4 и куска резинового шланга 3. Кончик пипетки опускают в жидкость и, медленно вращая головку 1 и одновременно поднимая ее, засасывают жидкость. Когда жидкость поднимается до метки 6, пипетку вынимают и кончик ее вытирают куском фильтровальной бумаги. Если жидкость поднялась выше метки, то мениск устанавливают по метке, прикасаясь кончиком пипетки к чистому предметному или часовому стеклу.
Содержимое пипетки выливают в приемный сосуд, осторожно надавливая на поршень. Кончик пипетки обмывают снаружи, а внутри капилляр пипетки промывают 2-3 раза, засасывая каплю чистой воды или соответствующего растворителя выше метки. Промывную жидкость соединяют с основным раствором, если надо сохранить все количество вещества, отобранное пипеткой.
Самозаполняющаяся пипетка (рис. 302,6) наполняется автоматически, если ее кончик погрузить в исследуемый раствор.
Пол действием капиллярных сил мениск раствора поднимается до конца капилляра и в верхней точке автоматически останавливается. С помощью пипеток такого типа в принципе можно измерять очень малые объемы жидкостей вплоть до 3*10-4 мл. Их нельзя использовать для измерения больших объемов, так как высота столба жидкости, которая может быть достигнута под действием капиллярных сил, ограничена. Трудности возникают уже при измерении объемов жидкости больше 0,01 мл.
Самозаполняющуюся пипетку трудно опорожнить. Эту операцию выполняют с помощью поршневого шприца 2 (рис. 302,а), надеваемого на конец пипетки. Можно также выдавить жидкость из пипетки ртом через резиновую трубку, надетую на верхнюю часть пипетки, или нагреванием ее верхней части. При очень малых объемах жидкости все содержимое пипетки может остаться на наружной стороне ее кончика. Поэтому желательно в тех случаях, когда это возможно, измеряемый раствор выводить из пипетки в каплю воды или раствора, которые могут быть затем использованы для ее промывки.
Закрепляют самозаполняющуюся пипетку либо в поршневом шприце 2 (рис. 302,а), либо в держателе (рис. 302,в), состоящем из металлического цилиндра 1, гайки 2 и резинового кольца 3, которое соединено с концом 4 пипетки.
Если в самозаполняюшейся пипетке сделать расширение. 5 (рис. 302,г), она перестает заполняться автоматически. Однако После того, как втягиваемая шприцом жидкость пройдет расширение 5 и мениск достигнет снова капиллярного сужения, жид-Кость начнет подниматься самопроизвольно по капилляру 3, Пока не достигнет его конца.
Укрепляют такую пипетку в держателе 2 при помощи резиновой пробки 4, а конец 1 держателя соединяют со шприцом.
Такие пипетки измеряют уже несколько большие объемы жидкости, от 0,05 до 0,075 мл с погрешностью ±10"3 мл.
Впервые такие пипетки были предложены Андерсоном в 1948 г. и получили название пипеток с самоустанавливающимся мениском. Для наполнения пипетку наклоняют под углом 30 -45°, и жидкость засасывают до тех пор, пока она не дойдет до капилляра 3. Когда капилляр будет заполнен, пипетку вынимают из жидкости, не изменяя ее наклона, и удаляют следы жидкости с внешней стороны нижнего капилляра куском фильтровальной бумаги. Только после этого пипетку ставят вертикально и давлением воздуха из шприца через конец 1 вытесняют жидкость.
Для калибровки пипетку наполняют чистой водой, затем воду выпускают полностью, а пипетку быстро кладут в закрывающуюся трубку для взвешивания или в бюкс типа "собачка" (см. рис. 57,б) и взвешивают. После этого ее снова заполняют водой и снова взвешивают. Разность между двумя взвешиваниями дает массу воды, вылитой из пипетки. Самозаполняющиеся пипетки калибруют при помощи ртути .
Микробюретки, изображенные на рис. 303 в натуральную величину, позволяют вести титрование с точно измеряемым объемом раствора.
Микробюретки всегда изготавливают из капиллярных трубок, в которых малые объемы жидкости располагаются на значительной длине капилляра. Большинство микробюреток имеет вместимость не более 0,1 мл. Концентрация растворов при работе с такими микробюретками, как правило, выше. 0,01 моль/л.
В микробюретке Кирка (рис. 303,а) капилляр 1 имеет внутренний диаметр 0,5 мм и укреплен на пластинке 3 со шкалой 2 Ртуть б, находящаяся в микробюретке, служит поршнем для выдавливания жидкости, но в контакт с ней не входит. Ртуть не поднимается выше расширения 4, между ней и жидкостью все время находится воздушная прослойка. При выворачивании поршня 10 из корпуса 8 его игла 9 выходит из ртути и последняя, следуя за иглой, создает разряжение, благодаря которому жидкость входит в капилляр 1 микробюретки. Игла поршня проходит сквозь фторопластовую шайбу 7, изолирующую от ртути механизм поршня. При вворачивании поршня его игла 9 входит в ртуть, которая сжимает воздух в расширении 4 и тем самым выдавливает жидкость из микробюретки. Эта микробюретка позволяет измерять объемы жидкостей от 0,03 до 1,0 мл.
В микробюретке Бранд-Реберга (рис. 303,6) жидкость всасывается и выдавливается из капилляра 1 также при помоши ртути, движение которой регулируют поршнем 6 в корпусе 7. Игла поршня проходит сквозь фторопластовую шайбу 5 в резервуар 3, наполненный ртутью. Чтобы в микробюретку набрать жидкость, в нее погружают кончик капилляра и затем медленно выворачивают поршень. Корпус 7 соединен с бюреткой отрезком 4 резинового шланга.
К недостаткам микробюретки Бранд-Реберга следует отнести утечку ртути через шайбу 5 и взаимодействие ртути с раствором.
Этих недостатков лишена микробюретка Шварца (рис. 303,в). Она обладает постоянством гидростатического давления, что создает равномерную скорость вытекания раствора в процессе всего титрования. Поэтому погрешность, связанная с неполным вытеканием раствора, остается постоянной. Если микробюретку Шварца наклонить немного вправо, кончик капилляра приподнимается, оставаясь в жидкости, и бюретка автоматически начнет заполняться по принципу сифона. Когда мениск жидкости достигнет нулевой отметки шкалы, кончик капилляра вынимают из жидкости. Для удаления жидкости из микробюретки достаточно ее кончиком коснуться титруемой жидкости, раствор из капилляра сразу же начнет медленно вытекать. Его течение может быть остановлено при разрыве контакта носика микробюретки с жидкостью.
Микробюретку Шварца можно заполнять и через трехходовой кран 1 (рис. 303,в) из воронки 2, не наклоняя кончик капилляра.
Микромерные колбы (рис. 304) выдувают из толстостенных капилляров с внутренним диаметром 2 мм.
Рис. 304. Микромерные колбы с короткой шейкой и пришлифованным колпачком (а), с пришлифованной пробкой (б), с длинной шейкой и пришлифованным колпачком (в) и с открытым горлом (г)
Шейку колбы делает по возможности более короткой, чтобы облегчить введение Кончика микропипетки.
Точность измерения объема жидкости микромерными колбами зависит от диаметра шейки (табл. 43), позволяющей перемешаться часто застревающим пузырькам воздуха.
Микромерные колбы с пришлифованным наружным колпачком (рис. 304,а,в) вместимостью 0,5 - 1,0 мл применяют для взвешивания жидкостей. Микромерные колбы с пришлифованной пробкой (рис. 304,б) нужны для приготовления растворов твердых веществ. Их вместимость 0,2 - 0,5 мл. Микромерные колбы с широкой верхней воронкой (рис. 304,г) применяют для приготовления растворов малолетучих жидкостей.
При работе с микромерными колбами перемешивать раствор взбалтыванием практически невозможно. Поэтому после того, как микромерная колба заполнена раствором и мениск установлен на метке, содержимое можно перемешивать с помощью мешалки с вибрирующим стержнем .
Если раствор не взаимодействует с ртутью, то его перемешивают путем встряхивания с каплей ртути. Этот способ перемешивания, пожалуй, самый эффективный.
Рис. 305. Газовые микрогорелки: Теклю (а), из микробюретки (б) и с выносным Капилляром (в)