ГОСТ 33696-2015 (ISO 10416:2008). Межгосударственный стандарт. Растворы буровые. Лабораторные испытания
17 Содержание ионов кальция. Метод ион-селективного электрода
17.1 Принцип
17.1.1 Кальций присутствует в жидкой фазе всех буровых растворов на водной основе. Уровень концентрации может изменяться от нескольких процентов по массе до нескольких миллиграмм на кубический дециметр. Кальций может быть преднамеренно добавлен в форме извести, гипса или хлорида кальция. Кальций может присутствовать как в составе водной основы для приготовления бурового раствора или воды для разбавления, так и в качестве примеси в различных материалах или поступать из разбуриваемых пластов. Независимо от уровня концентрации или происхождения кальция мониторинг содержания кальция на количественной основе является необходимым.
17.1.2 Метод ион-селективного электрода (ISE) является быстрым, простым и точным методом для определения кальция в отфильтрованных пробах при любой концентрации. В отличие от метода титрования EDTA при использовании данного метода не требуется обработка пробы для окрашенных или мутных проб. При условиях данного метода испытания ни один из материалов, обычно встречающихся в отфильтрованных пробах буровых растворов, не является помехой. Комбинация относительно высокого разбавления, регулирования ионной силы посредством добавления раствора KCl и регулирования pH до 5,0 гарантирует максимальный переход кальция в ионную форму и эффективно устраняет или уменьшает помехи.
17.1.3 Данный метод предназначен для анализа разбавленных проб и не подходит для анализа цельных проб буровых растворов.
17.2 Реактивы и оборудование
17.2.1 Карбонат кальция, стандартный раствор.
Взвешивают 2,4972 г химически чистого для анализа карбоната кальция на аналитических весах, добавляют 50 см3 воды и растворяют, добавляя каплями концентрированную соляную кислоту (HCl) (требуется приблизительно 10 см3). Когда вещество полностью растворится, разбавляют водой до метки 1 дм3.
Примечание - Раствор также доступен от организаций, поставляющих лабораторные реактивы.
17.2.2 Хлорид калия, раствор, c (KCl) = 4 моль/л.
Растворяют 298 г KCl, химически чистого для анализа, в дистиллированной воде и разбавляют до метки 1000 см3. Данный раствор используют в качестве раствора ISA.
17.2.3 Буферный раствор, pH равен 5,0.
Растворяют 136 г тригидрата ацетата натрия (NaC2H3O2·3H2O) в 500 см3 дистиллированной воды. Добавляют 57,5 см3 кристаллической уксусной кислоты (HC2H3O2) и разбавляют до метки 1000 см3. Данный раствор используют для регулирования pH растворов стандартов и проб до pH от 4,8 до 5,2.
17.2.4 Хлорид калия, раствор, c (KCl) = 4 моль/л, насыщенный ионами серебра.
Переливают 50 см3 KCl с концентрацией 4 моль/л (см. 17.2.2) в пластмассовую бутылку и добавляют каплями раствор нитрата серебра до образования помутнения. Данный раствор используют в качестве внутреннего заполняющего раствора для электрода сравнения.
Примечание - Раствор также доступен от организаций, поставляющих лабораторные реактивы.
17.2.5 pH-метр, предоставляющий показания по милливольтной шкале с ценой деления не более 0,1 мВ.
Существует множество доступных приборов. 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.
17.2.6 ISE кальция, электрод из кальция.
Электрод, состоящий из двух частей: многократно используемого корпуса и одноразового навинчиваемого модуля. Средний срок службы каждого модуля составляет шесть месяцев.
17.2.7 Электрод сравнения с одним соединением.
17.2.8 Магнитная мешалка с вертушками с покрытием из PTFE диаметром 10 мм (3/8 дюйма) и длиной 25 мм (1,0 дюйм).
17.2.9 Мензурка вместимостью 150 см3 из боросиликатного стекла или инертной пластмассы.
17.2.10 Пипетки градуированные различных размеров, требующиеся для приготовления растворов стандартов и проб.
Использование микролитровых пипеток с одноразовыми пластмассовыми кончиками является удобным для количественного добавления объемов 1 см3 и менее.
17.2.11 Колбы градуированные различных размеров для приготовления калибровочных стандартных растворов и растворов отфильтрованных проб.
17.2.12 Миллиметровая бумага с 3 или 4 полулогарифмическими циклами для построения калибровочных кривых.
17.3 Подготовка электродов
17.3.1 Извлекают чувствительный модуль из ампулы и закручивают его в корпус электрода, приняв меры, чтобы резиновая шайба находилась на месте.
17.3.2 Встряхивают электрод аналогично встряхиванию медицинского ртутного термометра.
17.3.3 Погружают электрод в деионизированную или дистиллированную воду на 15 мин., затем хранят в растворе кальция, содержащем от 10 до 100 мг/дм3 кальция до использования.
17.3.4 С помощью капельницы или шприца заполняют электрод сравнения с одним соединением раствором хлорида калия концентрацией 4 моль/л (насыщенного ионами серебра).
17.3.5 При подготовке к использованию других типов чувствительного электрода и электродов сравнения следуют инструкциям изготовителя.
17.4 Эксплуатационная проверка электродной системы
17.4.1 Два свойства электродной системы, имеющие наибольшее влияние на точность и воспроизводимость, представляют собой наклон и стабильность. Наклон определяют 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).
17.4.2 При выполнении начальной калибровки со стандартными растворами согласно инструкциям по 17.5 или 17.6 записать реальный измеренный потенциал для стандартных растворов концентрациями 1 и 10 мг/дм3. Для нового электрода из кальция (или чувствительного модуля) разность между двумя показаниями должна быть в диапазоне от 25 до 29 мВ. Наклон обычно уменьшается со временем. Заменяют электрод (или модуль), когда наклон достигнет 23 мВ.
17.4.3 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).
17.5 Измерения с помощью прибора с прямым показанием концентрации
17.5.1 Готовят стандартный раствор кальция концентрацией 10 мг/дм3 последовательным разбавлением стандартного раствора концентрацией 1 г/дм3 (см. 17.2.1).
17.5.2 Добавляют раствор ISA [5 моль/л хлорида калия (см. 17.2.2)] в каждый стандартный раствор по 2 см3 раствора ISA на 100 см3 стандартного раствора. Добавляют 1 см3 буферного раствора в каждый стандартный раствор.
17.5.3 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 раствор.
17.5.4 Ждут устойчивых показаний (необходимо от 1 до 2 мин.), затем регулируют средства управления для отображения концентрации кальция в стандартном растворе согласно процедуре, описанной в инструкции прибора.
17.5.5 Извлекают электроды, промывают дистиллированной водой, вытирают насухо и погружают в стандартный раствор концентрацией 10 мг/дм3. Перемешивают при умеренной скорости вращения.
17.5.6 Ждут устойчивых показаний, затем регулируют средства управления для отображения концентрации кальция в стандартном растворе. Прибор и электродная система теперь откалиброваны.
17.5.7 Готовят отфильтрованную пробу бурового раствора, разбавленную в пропорции 1:1000.
17.5.8 Переливают 100 см3 разбавленной пробы в мензурку вместимостью 150 см3, добавляют 1 см3 буферного раствора, 2 см3 раствора ISA и перемешивают при умеренной скорости вращения.
17.5.9 Промывают электроды дистиллированной водой, вытирают насухо, погружают в пробу и ждут устойчивых показаний. Значение показания на дисплее прибора является концентрацией кальция в разбавленной пробе. Данное значение, умноженное на коэффициент растворения (1000 в данном случае), дает концентрацию кальция в первичной пробе.
Примечание - Значения концентрации выше или ниже концентраций стандартных растворов для калибровки являются верными, так как отклик электрода из кальция является линейным в диапазоне от 0,2 мг/дм2 до 1 г/дм3 и более.
17.6 Измерения с помощью приборов с цифровым или аналоговым показанием в милливольтах
17.6.1 Готовят стандартные растворы кальция концентрацией 100, 10 и 1 мг/дм3 последовательным разбавлением стандартного раствора кальция концентрацией 1 г/дм3 (см. 17.2.1).
17.6.2 Добавляют раствор ISA [5 моль/л хлорида калия (см. 17.2.2)] в каждый стандартный раствор по 2 см3 раствора ISA на 100 см3 стандартного раствора. Добавляют 1 см3 буферного раствора в каждый стандартный раствор.
17.6.3 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.
17.6.4 Регулируют средства управления прибора для отображения показаний в милливольтах; ждут устойчивых показаний и записывают показания.
17.6.5 Извлекают электроды, промывают дистиллированной водой, вытирают насухо и погружают в стандартный раствор концентрацией 10 мг/дм3. Записывают установившиеся показания.
17.6.6 Повторяют процедуру по 17.6.5 со стандартным раствором концентрацией 100 мг/дм3.
17.6.7 Отображают показания в милливольтах на прямой оси и концентрацию кальция в миллиграммах на литр на логарифмической оси стандартной полулогарифмической бумаги с 3 или 4 циклами.
17.6.8 Переливают 100 см3 разбавленной пробы (в пропорции 1:100) в мензурку вместимостью 150 см3, добавляют 2 см3 раствора ISA, 1 см3 буферного раствора и перемешивают при умеренной скорости вращения. Погружают электроды в раствор.
17.6.9 Записывают установившиеся показания и определяют концентрацию разбавленной пробы при помощи калибровочной кривой. Данное значение, умноженное на коэффициент разбавления, дает концентрацию кальция 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