工業(yè)碳酸鈉產(chǎn)品中鐵含量分析方法的探討

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(連云港堿業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222042)

工業(yè)碳酸鈉產(chǎn)品中鐵含量分析方法的探討

劉西洲，謝佃村

(連云港堿業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222042)

通過(guò)對(duì)目前工業(yè)碳酸鈉檢驗(yàn)中鐵含量的分析方法進(jìn)行研究，探討了如何提高檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性，更好地把好出廠產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

純堿；產(chǎn)品分析；鐵含量；精密性；質(zhì)量檢驗(yàn)

鐵含量是純堿產(chǎn)品的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)，紡織、洗滌、高端玻璃等行業(yè)對(duì)純堿的鐵含量都有嚴(yán)格的要求。純堿中鐵含量的測(cè)定方法國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)都是采用鄰菲啰啉分光光度法，國(guó)標(biāo)中要求鐵含量(以Fe計(jì))≤0.0035，但一般大的純堿生產(chǎn)廠家都能控制在0.002%以下。現(xiàn)對(duì)鐵含量的分析方法進(jìn)行研究，以提高檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性。

1 國(guó)標(biāo)檢驗(yàn)方法

1.1 方法提要

用抗壞血酸將試液中的三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵，在pH=4～6時(shí)，二價(jià)鐵離子可與鄰菲啰啉生成穩(wěn)定的橙紅色絡(luò)合物，于分光光度計(jì)最大吸收波長(zhǎng)510 nm處測(cè)量其吸光度。

1.2 試劑

鹽酸：1+1及1+3；

氨水：2+3及1+9；

乙酸-乙酸鈉緩沖溶液：pH≈4.5；

抗壞血酸：2%溶液，該溶液的使用期限為10天；

鄰菲羅啉：0.2%溶液，該溶液應(yīng)避光保存，僅能是使用無(wú)色溶液；

鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 mL含有0.100 mg 鐵及1 mL含有0.010 mg 鐵。

1.3 儀器

分光光度計(jì)：帶有厚度為3 cm的吸收池。

1.4 鐵工作曲線的繪制

1.4.1 操作步驟

在7個(gè)100 mL的小燒杯中分別加入0，1.0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0 mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，用水稀至約40 mL，用1+3HCl溶液或2+3 NH3·H2O溶液調(diào)至pH約為2，全部移入100 mL容量瓶中，分別加入2.5 mL 20 g/L抗壞血酸，10 mL pH=4.5 Hac-NaAc緩沖溶液，5 mL 2 g/L鄰菲啰啉溶液，稀至刻度，搖勻，用3 cm吸收皿，以蒸餾水為空白，于510 nm處測(cè)量其吸光度，以鐵含量為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線。

測(cè)定條件：時(shí)間2017年5月19日，室溫28 ℃

儀器：7230G型分光光度計(jì)

鐵標(biāo)液：0.01 mg/mL

1.4.2 測(cè)定結(jié)果

表1 鐵標(biāo)液吸光度測(cè)定

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算以鐵含量為橫坐標(biāo)(X)、吸光度(減空白后)為縱坐標(biāo)(Y)的線性回歸方程為：

Y=5.8523X+0.001463

相關(guān)系數(shù)r=0.99998

摩爾吸光系數(shù)ε=1.10×105(L mol-1cm-1)

可見(jiàn)吸光度與鐵含量之間具有較好的線性相關(guān)關(guān)系,在測(cè)定鐵含量的濃度范圍內(nèi)，符合朗伯-比耳吸收定律。

1.4.3 繪制鐵標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，以鐵含量為橫坐標(biāo)(X)、吸光度(減空白后)為縱坐標(biāo)(Y)繪制鐵標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1。

圖1

1.5 試樣的測(cè)定步驟

稱取試樣精確至0.01 g，置于燒杯中，加少量水濕潤(rùn)，滴加35 mL鹽酸溶液(1+1)，煮沸3～5 min,冷卻(必要時(shí)過(guò)濾)，移入250 mL容量瓶中，加水至刻度，搖勻。

用移液管移取25 mL試驗(yàn)溶液，置于100 mL燒杯中；另取3.5 mL鹽酸溶液(1+1)于另一燒杯中，用氨水(2+3)中和后，與試驗(yàn)溶液一并用氨水(1+9)和鹽酸溶液(1+3)調(diào)節(jié)pH值為2(用精密pH試紙檢驗(yàn))。分別移入100 mL容量瓶中，加2.5 mL抗壞血酸溶液、10 mL乙酸-乙酸鈉緩沖溶液、5 mL鄰菲啰啉溶液，稀至刻度，搖勻，用3 cm吸收皿于510 nm處，以水為參比，測(cè)量試液和試劑空白溶液的吸光度。用試驗(yàn)溶液的吸光度減去空白試驗(yàn)溶液的吸光度，從工作曲線上查出相應(yīng)的鐵的質(zhì)量。

結(jié)果計(jì)算：鐵(Fe)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω3(數(shù)值以%表示)按下式計(jì)算：

式中：m1——從工作曲線上查出的鐵的質(zhì)量的數(shù)值，單位為毫克(mg)；

m——移取試驗(yàn)溶液中所含試料的質(zhì)量的數(shù)值，單位為克(g)；

w0——測(cè)得的燒失量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)值，以%表示。

2 方法精密度的試驗(yàn)

分別準(zhǔn)備1#～4#樣品，按照1.5節(jié)的分析步驟測(cè)定純堿中的鐵含量，每個(gè)樣平行測(cè)定8次，結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表2。

從表2四個(gè)樣品的測(cè)定結(jié)果看出，該方法具有較高的精密度。

3 幾種分析過(guò)程的影響

3.1 稱樣量的影響

稱取1#純堿試樣按取樣量5 g、10 g、20 g分別平行進(jìn)行試驗(yàn)8次，結(jié)果與表2中1#樣數(shù)據(jù)對(duì)比如表3。

表2 純堿中鐵含量測(cè)定

表3 不同樣品量下測(cè)定的鐵含量

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，稱樣量為5 g、10 g、20 g 對(duì)鐵含量的測(cè)定結(jié)果幾乎沒(méi)有影響，只是稱樣量為5 g時(shí)測(cè)定結(jié)果的精密度稍差點(diǎn)，可能是由于鐵的微小黑點(diǎn)分布不均勻所至，稱10 g和20 g的結(jié)果的精密度基本一致，故一般選擇稱10 g即可。

3.2 溶液酸度的影響

在酸性溶液中二價(jià)鐵離子可以與鄰菲啰啉生成1∶3的橙紅色絡(luò)合物，該有色絡(luò)合物非常穩(wěn)定(Pk=21.3)，在100 mL溶液中含F(xiàn)e2+為0.01～0.03 mg時(shí)，其顏色與Fe2+濃度成正比，符合光的吸收定律。

實(shí)驗(yàn)步驟：分別配制 pH≈3、pH≈4.5、pH≈6的三種HAc-NaAc緩沖溶液。 取2#樣品10.00 g按1.5節(jié)的步驟溶解于250 mL容量瓶中，分別取25.00 mL加入以上三種不同的緩沖溶液顯色后測(cè)量其吸光度，空白試驗(yàn)溶液也分別加入三種不同的緩沖溶液，根據(jù)測(cè)定的吸光度計(jì)算樣品的鐵含量如表4。

表4 不同酸度下測(cè)定的鐵含量

從以上結(jié)果看出，在三種不同的pH緩沖溶液條件下，對(duì)鐵含量的測(cè)定結(jié)果沒(méi)有影響。

3.3 抗壞血酸的影響

因?yàn)橹挥蠪e2+才與鄰菲啰啉生成橙紅色絡(luò)合物，而純堿中鐵以Fe2+、Fe3+兩種形式存在，加入抗壞血酸可以把Fe3+還原為Fe2+。因此抗壞血酸是否加入、加入的量的多少對(duì)測(cè)定結(jié)果都有影響。

試驗(yàn)中取2#樣品10.00 g按1.5節(jié)的步驟溶解于250 mL容量瓶中，分別取25.00 mL試液，在加入的步驟中分別加入抗壞血酸0 mL、1.0 mL、2.5 mL、5.0 mL,顯色后后測(cè)量其吸光度，空白試驗(yàn)溶液也分別加入對(duì)應(yīng)量的抗壞血酸。根據(jù)測(cè)定的吸光度計(jì)算樣品的鐵含量如表5。

表5 不同量抗壞血酸下測(cè)定的鐵含量

從上表可以看出，不加入抗壞血酸時(shí)結(jié)果偏低很大，而加入抗壞血酸1.0 mL以上則結(jié)果沒(méi)有變化。所以在考慮生產(chǎn)質(zhì)量波動(dòng)時(shí)，如鐵在一等品或合格品時(shí)的情況，選擇加入2.5 mL抗壞血酸較適宜。

在實(shí)際操作中還應(yīng)注意抗壞血酸溶液的顏色，當(dāng)其顏色發(fā)黃時(shí)表示已失效(一般在冬季10 d,夏季7 d左右)，應(yīng)重新配制，否則會(huì)造成較大誤差。

3.4 溶樣時(shí)間的影響

純堿樣在加入鹽酸溶解是要促進(jìn)鐵的溶解，要使完全溶解，一般2～3 min即可，但在之后繼續(xù)加熱煮沸是否對(duì)測(cè)定結(jié)果有影響呢？實(shí)驗(yàn)中采用3#、4#樣，分別稱三個(gè)試樣，溶解后分別加熱到2 min、5 min、10 min，對(duì)比數(shù)據(jù)如表6。

表6 不同煮沸時(shí)間下的鐵含量

從以上數(shù)據(jù)看出，加熱煮沸2 min已經(jīng)使鐵離子溶解完全，再繼續(xù)加熱對(duì)結(jié)果沒(méi)有影響，故一般加熱煮沸2～3 min即可。但要注意在檢驗(yàn)設(shè)備大修后出現(xiàn)的鐵高堿時(shí)，由于堿中會(huì)出現(xiàn)鐵渣，煮沸時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，直至其完全溶解。

3.5 顯色時(shí)間的影響

采用3#、4#樣，溶解顯色后分別在2 min、10 min、30 min時(shí)測(cè)定其吸光度，計(jì)算鐵含量如表7。

表7 不同顯色時(shí)間下的鐵含量

從以上數(shù)據(jù)可以看出，顯色時(shí)間為2 min、10 min、30 min時(shí)，測(cè)定的溶液吸光度幾乎沒(méi)有變化，說(shuō)明二價(jià)鐵離子與鄰菲啰啉生成的橙紅色絡(luò)合物非常穩(wěn)定，所以一般在顯色后2～3 min進(jìn)行測(cè)量即可。

3.6 純堿白度與鐵含量的關(guān)系

目前好多高端的用戶對(duì)純堿的白度都提出了指標(biāo)要求，白度和鐵含量密切相關(guān)。一般鐵含量在0.001%左右，輕灰白度在94以上，重灰白度在88以上；如果設(shè)備大修后或出現(xiàn)生產(chǎn)異常后，鐵分升高，白度就隨之下降，當(dāng)超出優(yōu)等品指標(biāo)時(shí)(>0.0035%)，白度就低于80，外觀就開(kāi)始變?yōu)槲⒓t色直至出現(xiàn)紅堿。

因此根據(jù)純堿的外觀顏色可以初步判斷其鐵含量的高低。另外在還要密切注意生產(chǎn)過(guò)程的變化，提前報(bào)警，預(yù)防不合格品的包裝出現(xiàn)。

[1] 武漢大學(xué).分析化學(xué)[M].2版.北京：高等教育出版社，1978

[2] 李國(guó)瑞，陳歆文.純堿生產(chǎn)分析[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1989

[3] [美]I.M.科爾索夫等著.南京化工學(xué)院分析化學(xué)校研室譯.定量化學(xué)分析(中冊(cè))[M].北京：高等教育出版社，1987

[4] 漆德瑤等.理化分析數(shù)據(jù)處理手冊(cè)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1991

[5] GB210-2004工業(yè)碳酸鈉及其試驗(yàn)方法[S]

[6] GB3049-86無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品中鐵含量測(cè)定的通用方法 鄰菲啰啉分光光度法[S]

[7] GB3051-2000無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品中氯化物含量測(cè)定的通用方法 汞量法[S]

TQ114.17

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1005-8370(2017)06-21-04

2017-08-01

劉西洲(1972—)，現(xiàn)為連云港堿業(yè)有限公司石灰車間主任。