Prüfung von Filtrierpapier.
Bei der Beurteilung eines Filtrierpapiers spielt die Geschwindigkeit, mit der Flüssigkeiten durchlaufen, eine hervorragende Rolle; unter sonst gleichen Umständen wird das Papier um so wertvoller sein, je schneller das Durchlaufen erfolgt. Diese Eigenschaft des Filtrierpapiers kann man zahlenmäßig zum Ausdruck bringen, indem man die Zeit bestimmt, die eine bestimmte Menge Wasser braucht, um unter einem bestimmten Druck durch eine bestimmte Fläche des Papiers hindurchzulaufen. Meist geht man so zu Werke, daß man Filter von bestimmter Größe in Trichter von bestimmtem Winkel legt und eine bestimmte Wassermenge auf das Filter bringt. Bei diesem Vorgehen sind aber die Versuchsbedingungen nicht immer die gleichen; die wirkende Fläche des Filters ist nicht immer gleich groß, der Wasserdruck schwankt, und außerdem kann das Ergebnis durch Nebenumstände (z. B. Saugwirkungen) beeinflußt werden.
Bei dem nachstehenden, in der Versuchsanstalt unter Zugrundelegung des Mariotteschen Prinzips gebauten Apparat werden diese Fehlerquellen vermieden.
Beschreibung des Apparates.
Die Hauptteile und die Wirkungsweise des Apparates sind aus [Fig. 65] zu ersehen.
Ein oben und unten offenes Glasrohr G ist unten in eine Messinghülse M eingekittet. Oben ist eine mit 2 Bohrungen versehene Messingkappe N luftdicht aufgekittet; durch die eine Öffnung geht ein Trichterrohr T, durch die andere ein mit einem Hahn H versehenes Glasrohr.
Das so durch das Glasrohr G gebildete Gefäß steht durch das mit einem Dreiwegehahn D versehene Rohr R mit dem aus Messing gefertigten Filtrierzylinder F in Verbindung; der obere abnehmbare und mit der Ablaufrinne A versehene Teil E des Zylinders kann durch Schrauben mit dem unteren Teil verbunden werden. Zwischen F und E wird das zu prüfende Papier eingespannt; das aus E durch die Ablaufrinne A ablaufende Wasser wird in dem Kolben K aufgefangen und gemessen.
Versuchsausführung.
Aus dem zu prüfenden Papier werden zunächst kreisrunde Stücke von etwa 5 cm Durchmesser, wenn möglich je eins aus 10 verschiedenen Bogen, entnommen. Man entfernt dann E von F, stellt D so, daß durch R kein Wasser abfließen kann, öffnet H und gießt durch T destilliertes, vor dem Gebrauch stark ausgekochtes Wasser von etwa 20° C. in G; nach beendigter Füllung wird H wieder geschlossen.
Dann wird D so gestellt, daß langsam Wasser in den unteren Teil des Filtrierzylinders tritt; ist dieser gefüllt und zwar so weit, daß die Wasserkuppe über den oberen Rand von F hervorragt, so stellt man den Wasserzufluß bei D ab und legt eins der 10 Blätter auf den abgeflachten Rand von F; hierauf wird E aufgesetzt, fest auf F geschraubt und dann durch Drehen von D die Verbindung von G mit F wieder hergestellt. Das Wasser dringt nun durch das Papier, füllt E und läuft dann durch A in den Kolben K. Man kann nun bestimmen, innerhalb welcher Zeit eine bestimmte Menge Wasser (z. B. 100 ccm) durch das Papier hindurch geht.
Fig. 65.
Herzbergs Filtrierpapierprüfer.
Der Druck, unter dem das Ausfließen erfolgt, wird bedingt durch die Entfernung der unteren Öffnung des Trichters T von dem Wasserspiegel in E; durch Verschieben von T kann man also den Druck beliebig einstellen.
In der Versuchsanstalt wird bei Ausführung amtlicher Prüfungen stets mit einer Druckhöhe von 50 mm gearbeitet; die Abmessungen des Filtrierzylinders sind so gewählt, daß bei dem Filtrierpapier eine wirksame Fläche von 10 qcm abgegrenzt wird. Die Durchlaufzeit von 100 ccm wird in Sekunden bestimmt; als Endergebnis wird diejenige Wassermenge angegeben, die in einer Minute bei einem Wasserdruck von 50 mm und einer Wasserwärme von 20° C. durch 100 qcm Papier läuft.
Mit Hilfe des Filtrierapparates kann man auch die Festigkeit des Filtrierpapiers im nassen Zustande feststellen, indem man durch Höherziehen des Trichterrohres T den Wasserdruck so lange steigert, bis das eingespannte Papier durchreißt.
Um einen Überblick über die Filtriergeschwindigkeit der im Handel vorkommenden Filtrierpapiersorten für analytische Zwecke zu gewinnen, wurden 30 verschiedene Proben aufgekauft und in geschilderter Weise geprüft. Die in der Minute durchlaufende Wassermenge schwankte von 23 ccm bis zu 760 ccm; die Verteilung innerhalb dieser Grenzen zeigt die nachfolgende Zusammenstellung.
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0–100 ccm |
101–200 ccm |
201–300 ccm |
301–400 ccm |
401–500 ccm |
501–600 ccm |
601–700 ccm |
701–800 ccm |
| 4 Papiere | 3 Papiere | 7 Papiere | 4 Papiere | 3 Papiere | 3 Papiere | 4 Papiere | 2 Papiere |
Eine zweite wichtige Eigenschaft der Filtrierpapiere ist ihre Scheidungsfähigkeit; man versteht hierunter die Fähigkeit, feste in Flüssigkeiten schwimmende Körper, wie Niederschläge u. s. w., beim Filtrieren mehr oder weniger vollkommen zurückzuhalten. Um sich in dieser Hinsicht ein Bild von der Brauchbarkeit eines Filtrierpapiers für chemische Arbeiten zu verschaffen, prüft man es zweckmäßig mit einem Baryumsulfatniederschlag in folgender Weise.
Gleiche Teile einer Baryumchloridlösung (122 g Salz in 1 Liter Wasser) und Kaliumsulfatlösung (87 g Salz in 1 Liter Wasser) werden einmal heiß und einmal kalt miteinander vermischt. Die heiße Fällung wird heiß, die kalte in kaltem Zustande filtriert. Aus dem zu prüfenden Papier wird ein Rundfilter von etwa 10 cm Durchmesser geschnitten, in gewöhnlicher Weise in den Trichter glatt eingelegt und mit Wasser angefeuchtet.
Papiere mit hervorragender Scheidungsfähigkeit ergeben selbst bei kalt gefälltem und kalt filtriertem Baryumsulfat klare Filtrate; andere lassen bei kalter Fällung die Flüssigkeit trübe durchlaufen, liefern aber bei heiß gefälltem und heiß filtriertem Niederschlag eine klare Lösung; noch andere zeigen in beiden Fällen trübe durchlaufende Flüssigkeiten.
Bei 5 in der Versuchsanstalt auf Antrag geprüften Sorten wurden Durchlaufsmengen von 141, 203, 296, 952 und 1250 ccm beobachtet.
Bei den Papieren 141 und 296 filtrierte kalt und heiß gefälltes Baryumsulfat völlig klar, bei den übrigen die kalte Fällung stark trübe, die heiße mehr oder weniger trübe.
Handelt es sich um Filtrierpapiere für gewerbliche Zwecke oder um solche des Haushaltes, so wird man naturgemäß bei der Prüfung den Verwendungszweck berücksichtigen und nicht etwa die Brauchbarkeit eines Kaffeefiltrierpapiers nach seinem Verhalten zu einer Baryumsulfatfällung beurteilen.
Die Prüfung eines Filtrierpapiers auf Fettstoffe und Eisen geschieht in bekannter Weise durch Ausziehen mit Äther beziehungsweise durch Behandeln mit Kaliumeisencyanür (oder Untersuchung der Asche). Über die Art des zur Herstellung verwendeten Rohmaterials gibt die mikroskopische Untersuchung, über den Gehalt an unverbrennlichen Bestandteilen die Veraschung des Papiers Aufschluß.