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Die Farbstoffabsorption durch Kohlenpulver.

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5 65
VIII.
D i e Farbstofabsorption durch Kohlenpulmer; von K. V i e r o r d t .
I c h habe mich vergebens in den physikalischen Zeitschriften nach brauchbaren Messungen der Absorption von Farbestoffen dnrch Kohlenpulver umgesehn, so dafs lich wohl
vermuthen darf, da auch die mir znganglichen Hand- und
Lehrbucher der Physik diese Frage kaum beruhreo dafs
der Procefs der Farbestoffabsorption durch feine porose
Korper hisher noch niemals Gegenstand streng wissenschaftlicher Untersuchungen gewesen ist. Daran mag wohl
grolstenthcils der Umstnnd Schuld seyn, dalb man an die
Vertheilung fester Kijrper in Pulverform die Vorstellung
einer absoluten Regellosigkeit der Oberflachenverhaltnisse
der Einzelpartikelchen und einer entsprechenden Unregelmafsigkeit ihrer abflorbirenden Wirkungen knupfte sowie
die bisherige Schwierigkeit , ja Unmoglichkeit , organische
Farbstoffe auch in kleinsten Mengen mit Sicherheit quantitativ bestimmen zu konnen.
Die grofse practische Wichtigkeit unserer Aufgabe hat
bekanntlich zu zahlreichen Verfahrungsweisen gefiihrt,
welche die Mcssung des Farbestoffgehaltes z. B. des brannen Zuckersyrupes, sowie der entfarbenden Kraft der Knochenkohle, auf optischem Wege bezwecken. Aber die Leistungsfghigkeit siimmtlicher, zur quantitativen Bestimmung
verschiedener Farbstoffe , bisher angewandten sog. Colorimeter der Practiker konnte bekanntlich nicht weiter als
zu einer blofs approximativen Ermittelung des Farbestoffgehaltes gesteigert werden. Bei den bisher gebrauchten
colorimetrischen Methoden der Practiker handelte es sich
namlich immer nur urn das Gesarnrntlicht, welches durch
die absorbirende Flussigkeit geht. D a aber jedweder gefarbte Korper das Licht von gewissen Wellenlbgen bei
dessen Durchgang fast gar nicht oder nur mafsig schwacht,
wahrend andererseits nur Licht von bestimmten anderen
,
,
566
Wellenlangen in hohem Grade absorbirt wird, so mufste
die bisherige Colorirnetrie auch jene vollkommen insensibelen Farben bei ihren Messungen mit in Kauf nehinen.
1)ahcr kommt es, dafs die Colorimeter bisher nur im Stande
wareii, verhiiltnilsmkfsig starke Differenzen des Farbestoffgehaltes noch erkennen zu lassen.
Die von mir angegcbene Methode der Photometrie der
Absorptionsbpectren gestattet , in jedem beliebigen Bezirk
des Spectrums die ubrighleibende Lichtmenge messen und
aus dem gemessenen Lichtverlust den Gehalt farbigrr Losiiugen berechnen zu kiinnen. Wiihlt man zu diesem Zwecke
jeweils die sensihelste Stplle des Spectrums, d. h. diejrnige, in welcher die Absorption ein Maximum ist, so lasm i die Messungen einen hohen Grad von Genauigkcit zu.
Wegcn des spcciellen physiologiscben Interesses , welches die Absorption von Farhstoffen durch feste Korper
l)ietc>t, bin ich seit eincm J a h r mit der Untersuchiing diesrr Vorgiinge beschiiftigt, wobei ich auch eine Reihe von
Aufgaben der technischen Chemie berucksichtige. Als absorbirende Medirn werden entweder Membranen, oder grii[sew feste Massen, z. B. Gallertwiirfel, oder auch gepulverte Kiirper und andererseits als Absorptionsflussigkeiten
schr verschiedene Farbestoff 1Bsungen angewendet.
Wegen seiner practisehen Redeutnng habe ich dem
brauncn Zuckcrsyrup hesondere Aufmerksamkeit geschenkt,
um mittelst der quantitativen Spectralanalyse sowohl den
Gehalt des Syrnpcs an Farhstoff, als auch die entf&rbende
Kraft dcr Knochenltohle brstimmen zu kiinnen. Fiir diese
Zwecke habe ich eine kleine Vorrichtung an meinem Spectralapparat angebracht, wrlche erlaubt, dafs der Practiker
immer einen und denselben Bezirk des Absorptionsspectnims der Melasse (mit Ausschlufs des gesammten iibrigen
Spectrums) ohne Weiteres init Sicherheit einstellen kann.
Eine auf diese Stiidien gegriindete ,,Anweisung zur Spectro Colorimetric der Zuckersafte" ist von den HH. F r a n z
S c h m i d t und H a n s c h in Berlin zu beziehen , welche
diese Apparate, sowie iiberhaupt Spectralapparate zur Pho-
567
tometrie der Absorptionsspectren und zur quantitativen chemischen Analyse zu meiner vollstandigen Zufriedenheit anfertigen.
Zur Ermittelung der Gesetze der Absorption des MeIasscnfarbstoffes durch Kohlenpulver wurden zahlreiche
Versuche angestellt, in welchen, der Reihe nach, entweder
das Volum oder der Farbestoffgchalt der Melasse , oder
die zur Entfarbung dienende Kohlenmenge innerhalb sehr
weiter Granzen variirt wurden, wahrend jeweils alle iihrigen Bedingungen constant blieben. Die Melassenvolume
schwankten zwischen 5 bis 1280 Cubikcentimeter; der Farbestoffgehalt der Melasse um das 128fache und die Kohlenmenge zwischen bis 6 Grammen.
Die Messungen des Absorptionsspectrums der Melasse
stellte ich in der sensibelen Region F - F 1OG an. (Da
fiir gewohnliche praotische Zweoke kleine Spectralapparate
genugen, so mufs bei diesen die z u r Messung bestimmte
Region relativ breiter, d. h. von F bis F 2 0 6 , genommen
werden).
Die absoluten Farbestoffrnengen der Melasse sind unbekannt, wohl aber ist der relative Farbestoffgehalt derselben auf das Genaueste bestimmbar. Ich habe in meiner Schrift iibar die quantitative Spectralanalyse nachgewiesen , dals die Farbestoffgehalte von Lijsiingen (wenigstens innerhalb einer genugenden Breite der Concentration)
den Exstinctionsco&fficienten proportional sind, d. h. den
negativen Logarithmen derjenigen Lichtmenge, welcbe von
dem Licht einer und derselben (sensibelen) Spectralregion
noch fibrig bleibt, wenn dasselbe eine 1 Centimet. dicke
Schicht der Absorptionsfliissigkeit durchsetzt hat. Die
Exstinctionscoefficienten geben also den relativen Gehalt
an Farbestoff direct an und ich benutze dieselben in diesem Sinn.
Wenn immer gleiche Volume einer und derselben Farbestoflosung mit derselben Menge Kohlenpulver wahrend
einer Minute geschiittelt werden , so ergeben die Filtrate
in zahlreich wiederholten Versuchen eine auffallende und
568
mir unerwartete Uebereinstimmung in den1 Grad der Entfirbung. Diese kurze Zeit des Contactes reicht jedoch zur
volligen Wirkung nicht aus ; nach einem 5 minutlichen Contact ist die Wirkung merklich starker ; aber erst nach
2 4 stiindigem Contact, wobei die Fliissigkeit dann und wann
mit dem Kohlenpulver durch Schutteln vermengt wird, ist
das Maximum der Leistungsf6higkeit der Kohle linter den
gegebenen Umstanden erreicht. In den nachfolgend erwahnten Versuchen ist immer ein 24 stiindiger Contact sngewendt worden. Fiir die Praxis, bei der es sich oftmsls
uin schnelle Ausfiihriing der Messungen handelt, geniigt
ein kurzes Schutteln, um die relative Werthigkeit verschiedener Kohlenproben (vorausgesetzt, dals die Contactzeit
bei allen Einzelbestimmungen gleich ist) zu bestimmen.
Aus meinen zahlreichen Versuchen - die ich spater,
in Verbindung mit den iibrigen Untersuchungen, iiber die
Farbestoffabsorption durch feste Korpcr detaillirt veroffentlichen werde - wahle ich fiir die nachfolgende Tabelle
blok einige Reispiele aus, die zur Erlauterung des zu
Grunde liegenden Absorptionsgesetzes hinreichen werden.
Nennen wir
F = den Farbestoffgehalt des Filtrates (d. h. des Zuckersyrupes, welcher der Wirkung der Kohle, bei gewohnlicher Zimmerwarrne ausgesetzt war).
D = das Volum (in Cubikcentimet.)
des Syrupes,
c = den Farbestoffgehalt
K = die Menge der zur Entfarbung verwandten Kohle
(Grammwerthe),
so ist, nach meinen Erfahrungen
1
. .
(I.).
wobei 7 einen Coefficienten ausdriickt, der von der entfarbenden Kraft der Kohle abhangt. Die Werthigkeit der
Kohle ist also um so grofser, je kleiner 7 wird.
I n den nachfolgenden Versuchen ist immer dieselbe
Qualitat einer gereinigten , fein gepulverten Knochenkohle
angewandt worden.
569
Also wird die Leistungsf6higkeit der Kohle als Entfarbungsmittel bestimmt durch die Formel :
Nimmt man bei practischen Bestimmungen die Kohlenmenge (z. B. 2 Gramme), das Melassenvolum (z. B.
10 Cubikcentimet.) und den Farbestoffgehalt der Melasse
(z. B. einen auf
verdiinnten braunen Zuckersyrup) constant, so ist die relative Werthigkeit der Kohle einfach
ausgedriickt durch den Exstinctionsco&fficienten, welcher
der in Region F - F 1OG beobachteten Lichtstarke entspricht.
Da die Farbestoffgehalte des Filtrates (F) und der urspriinglichen Melasse (c), aosgedriickt durch den Exstinctionscoefficienten , ziemlich hohe Zahlen reprasentiren , so
ist der Werth y ein relativ hoher. E r wiirde sehr klein
ausfallen und die Bedeutung eines absolicten Absorptionsco&%cienten der Kohle haben , wenn wir den absoluten
Farbestoffgehalt des Zuckersyrnpes bestimmen kijnnten.
Fur die in den nachfolgenden Versuchen verwendete
Knochenkohle ist im Endmittel aus sammtlichen Versuchen
y = 0,00304.
Die Tabelle giebt sowohl die beobachteten, als die nach
Formel (I) berechneten Gehalte der Filtrate. Die riimischen Buchstaben der ersten Columne bedeuten die Versuchsreihen , die beistehenden Zahlen die Einzelnummern
dieser Reihen. Der Farbestoffgehalt des verdiinnten braunen Zuckersyrupes (Syr. Hollandicus) ist = 18,99, also ist
derjenige der t Melasse = 4,747 usw. Die zweite Columne giebt die Verdiinnungen des Syrupes an, die dritte
die diesen Verdiinnungen entsprechenden Farbstoffgehalte.
Die Gesammtfarbstoffmenge (in Relativzahlen ausgedriickt)
ergiebt sich durch Multiplication des Farbstoffgebaltes mit
dem Volum der Melasse. Zur Aufstellung vergleichbarer
Werthe des jeweiligen Verhaltnisses zwischen Kohlenmenge
und Gesammtfarbstoffmenge dient die sechste Columne.
Ich bemerke nur noch, d a b das Absorptionsgesetz inner-
t
570
halb sehr weiter Variationen der Volume und Concentrationen der Melasse sowie der Kohlenmengen strenge gilt;
dafs dieses aber selbstverstandlich nicht mehr der Fall
ist und der Fall seyn kann bei sehr extremen Bedingungen, z. B. sehr geringen Mengen Kohle gegentiber sehr
groben Mengen Farbstoff.
-
Anaewandte
Meliisse
-
-.-.
Verdiinnung
- --
Farbstoffgehnlt
Velum
4,7476
9,495
4,7476
2,3735
1,1869
4,7476
4,7476
2,3735
0,5934
1,1569
10
10
40
80
160
10
5
10
10
10
in
rerhiiltiifs der
liohlcnienge zu
arbstuff
menge
'arbstoffgehalt des
Filtnites
1
1
1 j 190
2
2
2
2
3
2
2
-4I
1/47
1 ,! 94
11 94
1 / 94
1 / 15,s
I / 11,s
1 ii,a
1 24
2,811
1,355
1,299
0,602
0,335
0,2218
0,152
0,0853
0,04'22
2
116
Angewandte
:nuchcn
kohle
--.-oL
Beobachtet
-P-
Bcrechlet nach
rormel I
cc. (Grm.)
-----I
4
4
I
4
-8I
I
lb
I
7
1
4
+
4T
&
Filtrat
farblos'
'2,741
1,370
1,370
0,685
0,343
0,2284
0,1713
0,0856
0,0428
0,02 14
In 0, wurde der Gehalt, weil dtis Filtrat ,,farblos'
erschien, nicht untersucht. In einer 1 Centm. dicken
Schicht wtirde das Filtrat (0,0214 Farbstoffgehalt) die
Lichtstarke 0,995 zeigen, was experimentell nicht nachweisbar ware; selbst bei einer 5 Centirn, dicken Schicht
ware die Lichtstarke immer noch 0,975. Ei,ne genaue
Bestimmung des Farbstoffgehaltes des Filtrates 0, ware
somit nnmoglich.
T i i b i n g e n , 27. Sept. 1873.
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