ГОСТ 33696-2015 (ISO 10416:2008). Межгосударственный стандарт. Растворы буровые. Лабораторные испытания
16 Содержание ионов калия. Метод ион-селективного электрода
16.1 Принцип
16.1.1 Соединения калия, прежде всего хлорид и в меньшей степени гидроксид, используют в буровых растворах для стабилизации формаций глин и/или сланцев. Метод ион-селективного электрода (ISE) может обеспечивать точные количественные данные по пробам с диапазоном концентрации иона калия от нескольких миллиграммов на 1000 см3 до насыщения.
16.1.2 Измерение концентрации иона калия методом ISE имеет сходство с измерением pH и может выполняться с аналогичной простотой. Обе процедуры основаны на измерении разности потенциалов между чувствительным электродом и электродом сравнения. В зависимости от используемых приборов импульс представляется в виде показания реального потенциала или в какой-либо форме прямого показания концентрации.
16.1.3 Для одновалентных ионов, таких как водород и калий, разность потенциалов между чувствительным электродом и электродом сравнения теоретически равняется 59 мВ для десятикратного изменения активности измеряемого иона. Реальная разность потенциалов несколько ниже, приблизительно (56 +/- 2) мВ для электродной системы калия. Данное значение определяется как наклон на графике электродной системы.
16.1.4 Следует отметить, что реальным измеряемым свойством является активность, а не концентрация. Активность любых разновидностей ионов сильно зависит от общей ионной силы раствора. Метод может применяться до тех пор, пока общая ионная сила считается постоянной. Данная процедура обеспечивает постоянную фоновую общую ионную силу добавлением раствора хлорида натрия во все стандарты и пробы.
16.1.5 При условиях данного метода испытания ни один из материалов, обычно встречающихся в отфильтрованных пробах буровых растворов, не является помехой. Погрешность, являющуюся результатом загрязнения натрием, устраняют обеспечением высокого постоянного фонового уровня натрия с помощью хлорида натрия в качестве раствора ISA. Относительно высокое разбавление уменьшает прочие возможные помехи до незначительного уровня.
16.2 Реактивы и оборудование
16.2.1 Хлорид калия, стандартный раствор.
Раствор является легкодоступным от большинства организаций, занимающихся поставками лабораторных реактивов. Также раствор может быть приготовлен путем растворения 1,907 г KCl, ч.д.а., в деионизированной или дистиллированной воде и доведения объема до 1000 см3. Высушивают KCl в сушильном шкафу при температуре (105 +/- 3) °C [(220 +/- 5) °F)] в течение 2 ч и хранят во влагопоглотителе до приготовления стандартного раствора.
16.2.2 Хлорид натрия, раствор, c (NaCl = 5 моль/л).
Растворяют 292 г хлорида натрия, чистого для анализа, в деионизированной или дистиллированной воде и доводят объем до 1000 см3. Данный раствор используют в качестве ISA и для обеспечения высокой постоянной фоновой концентрации натрия.
16.2.3 Хлорид натрия, раствор c (NaCl) = 0,1 моль/л, насыщенный ионами серебра.
Растворяют 2 см3 раствора хлорида натрия концентрацией 5 моль/л в 100 см3 деионизированной или дистиллированной воды. Каплями добавляют раствор нитрата серебра до образования помутнения. Данный раствор используют в качестве внутреннего заполняющего раствора для электрода сравнения с одним соединением.
16.2.4 Иономер или pH-метр.
Любой коммерчески доступный прибор является подходящим, если прибор может предоставить показания по милливольтной шкале с ценой деления не более 0,1 мВ.
Аналоговое или цифровое показание является приемлемым. Предпочтительным для использования является прибор с цифровыми показаниями и средствами управления, которые обеспечивают прямое показание концентрации после соответствующей калибровки.
16.2.5 ISE калия, электрод из калия.
Электрод, состоящий из двух частей: многократно используемого корпуса и одноразового навинчиваемого модуля. Только модуль требует замены. Средний срок службы каждого модуля составляет шесть месяцев.
16.2.6 Электрод сравнения с одним соединением.
Примечание - Чувствительный электрод и электроды сравнения являются доступными с прочными эпоксидными корпусами.
16.2.7 Магнитная мешалка с покрытыми вертушками.
16.2.8 Мензурки вместимостью 150 см3 из боросиликатного стекла или пластмассы.
16.2.9 Пипетки градуированные различных размеров для приготовления растворов проб и стандартов.
Использование микролитровых пипеток с одноразовыми пластмассовыми кончиками является удобным для растворения отфильтрованных проб буровых растворов, если количество доступного фильтрата ограничивается или требуется чрезвычайно высокое растворение.
16.2.10 Миллиметровая бумага с 3 или 4 полулогарифмическими циклами для построения калибровочных кривых.
16.2.11 Колбы градуированные различных размеров для приготовления калибровочных стандартов и растворения отфильтрованных проб.
16.3 Подготовка электродов
16.3.1 Извлекают чувствительный модуль из ампулы и закручивают его в корпус электрода, приняв меры, чтобы резиновая шайба находилась на месте.
16.3.2 Встряхивают электрод аналогично встряхиванию медицинского ртутного термометра.
16.3.3 Погружают электрод в деионизированную или дистиллированную воду на 10 мин., затем хранят в растворе калия, содержащем от 10 до 100 мг/дм3 калия до использования.
16.3.4 С помощью капельницы или шприца заполняют электрод сравнения с одним соединением раствором хлорида натрия концентрацией 0,1 моль/л (насыщенного ионами серебра) (см. 16.2.3).
16.3.5 При подготовке к использованию других типов чувствительного электрода и электродов сравнения следуют инструкциям изготовителя.
16.4 Эксплуатационная проверка электродной системы
16.4.1 Два свойства электродной системы, имеющие наибольшее влияние на точность и воспроизводимость, представляют собой наклон и стабильность. Наклон определяется как изменение в наблюдаемом потенциале при увеличении концентрации в 10 раз. Стабильность показаний является индикатором количества шума (быстро непрерывно изменяющиеся показания) и отклонения (показания, медленно изменяющиеся в одном направлении).
16.4.2 При выполнении начальной калибровки со стандартными растворами согласно инструкциям по 16.5 или 16.6 записывают реальный измеренный потенциал для стандартных растворов концентрацией 10 и 100 мг/дм3. Для нового электрода из калия (или чувствительного модуля) разность между двумя показаниями должна быть в диапазоне от 54 до 59 мВ. Наклон обычно уменьшается со временем. Заменяют электрод (или модуль), когда наклон достигнет 48 мВ.
16.4.3 Если при выполнении начальной калибровки существует признак шума или отклонения, обращаются к разделу поиска и устранения неисправностей инструкции электродной системы. Существует множество возможных причин для данных эффектов в любой электродной системе, и причина обычно находится только в процессе устранения. Если лаборант не способен достигнуть стабильного уровня, который отвечает техническим требованиям изготовителя, заменяют чувствительный электрод (или модуль).
16.5 Измерения с помощью прибора с прямым показанием концентрации
16.5.1 Готовят стандартные растворы калия концентрацией 100 и 10 мг/дм3 последовательным разбавлением стандартного раствора концентрацией 1 г/дм3.
16.5.2 Добавляют раствор ISA (5 моль/л хлорида натрия) в каждый стандартный раствор по 2 см3 на 100 см3 стандартного раствора.
16.5.3 Переливают стандартные растворы в мензурки вместимостью 150 см3. Помещают стандартные растворы концентрацией 10 мг/дм3 в магнитную мешалку и перемешивают при умеренной скорости вращения. Погружают электроды.
16.5.4 Ждут устойчивых показаний (необходимо от 1 до 2 мин.), затем регулируют средства управления для отображения концентрации калия в стандартном растворе согласно процедуре, описанной в инструкции прибора.
16.5.5 Извлекают электроды, промывают дистиллированной водой, вытирают насухо и погружают в стандартный раствор концентрацией 100 мг/дм3. Перемешивают при умеренной скорости вращения.
16.5.6 Ждут устойчивых показаний, затем регулируют средства управления для отображения концентрации калия в стандартном растворе. Прибор и электродная система теперь откалиброваны.
16.5.7 Готовят отфильтрованную пробу бурового раствора, разбавленную в пропорции 1:1000.
16.5.8 Переливают 100 см3 разбавленной пробы в мензурку вместимостью 150 см3, добавляют 2 см3 ISA и перемешивают при умеренной скорости вращения.
16.5.9 Промывают электроды дистиллированной водой, вытирают насухо, погружают в пробу и ждут устойчивых показаний. Значение показания на дисплее прибора является концентрацией калия в разбавленной пробе. Данное значение, умноженное на коэффициент растворения (1000 в данном случае), дает концентрацию калия в первичной пробе.
Примечание - Значения концентрации выше или ниже концентраций стандартных растворов для калибровки являются верными, так как стандартные растворы концентрацией 10 и 100 мг/дм3 являются серединой области линейного отклика электрода из калия.
16.6 Измерения с помощью приборов с цифровым или аналоговым показанием в милливольтах
16.6.1 Готовят стандартные растворы калия концентрацией 100, 10 и 1 мг/дм3 последовательным разбавлением стандартного раствора концентрацией 100 мг/дм3.
16.6.2 Добавляют раствор ISA (5 моль/л хлорида натрия) в каждый стандартный раствор по 2 см3 на 100 см3 стандартного раствора.
16.6.3 Переливают стандартные растворы в мензурки вместимостью 150 см3. Помещают стандартный раствор концентрацией 1 мг/дм3 в магнитную мешалку и перемешивают раствор при умеренной скорости вращения. Погружают электроды в стандартный раствор.
16.6.4 Регулируют средства управления прибора для отображения показаний в милливольтах; ждут устойчивых показаний и записывают показания.
16.6.5 Извлекают электроды, промывают дистиллированной водой, вытирают насухо и погружают в стандартный раствор концентрацией 10 мг/дм3. Записывают установившиеся показания.
16.6.6 Повторяют процедуру по 16.6.5 со стандартным раствором концентрацией 100 мг/дм3.
16.6.7 Отображают показания в милливольтах на прямой оси и концентрацию калия в миллиграммах на кубический дециметр на логарифмической оси стандартной полулогарифмической бумаги с 3 или 4 циклами.
16.6.8 Переливают 100 см3 разбавленной пробы в мензурку вместимостью 150 см3, добавляют 2 см3 раствора ISA и перемешивают при умеренной скорости вращения. Погружают электроды в раствор.
16.6.9 Записывают установившиеся показания и определяют концентрацию разбавленной пробы при помощи калибровочной кривой. Данное значение, умноженное на коэффициент разбавления, дает концентрацию калия в первичной пробе.
Для точных измерений все стандартные растворы и пробы следует брать при комнатной температуре. Некоторые магнитные мешалки вырабатывают тепло, и может потребоваться поместить слой изоляционного материала (пластмасса или картон) между мешалкой и мензуркой. Между измерениями электроды следует промывать и вытирать насухо тканью. После погружения в растворы пробы или стандартных растворов проверяют конец электрода на наличие воздушных пузырей и удаляют их в случае обнаружения. Всегда изучают и тщательно следуют инструкциям изготовителя относительно обращения и технического обслуживания инструментов и электродов.
Подписаться на обновления