原子吸收火焰光譜法測定羧甲基纖維素鈉取代度的研究

張穎明，鄧立峰，李黨國

（牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司，黑龍江牡丹江 157013）

1 引言

羧甲基纖維素（CMC）是天然纖維素經(jīng)化學(xué)改性得到的一種具有醚結(jié)構(gòu)的衍生物，由于其通常以鈉鹽的形式存在所以又稱為羧甲基纖維素鈉。它具有增稠、黏合、助長、乳化、緩釋等作用，已被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、造紙、建材、陶瓷、日化、紡織印染、石油鉆井等各個工業(yè)門類，有工業(yè)“味精”之稱[1]，成為目前最重要的水溶性纖維素衍生物之一。CMC是造紙工業(yè)應(yīng)用廣泛的添加劑之一，特別是一些需要進(jìn)行表面施膠的特種紙。在北美和歐洲CMC被公認(rèn)為最優(yōu)秀的表面施膠劑之一。

因?yàn)镃MC的廣泛應(yīng)用，使得其質(zhì)量評價指標(biāo)研究也尤為重要。目前人們認(rèn)為衡量CMC質(zhì)量的主要指標(biāo)包括純度、取代度（DS）、pH等，其中DS指標(biāo)最為人們所關(guān)心。DS是指每個纖維素單元上的羧甲基鈉基團(tuán)的平均數(shù)量，一般DS不同則CMC的性質(zhì)也不同；DS增大，CMC溶解性就增強(qiáng)，溶液的透明度及穩(wěn)定性也越好。DS的最大值是3，但在造紙工業(yè)上用途最大的是DS為0.5～0.9的CMC。

目前測定CMC的DS方法很多，如酸度計法、灰化法、電導(dǎo)率法等。國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 1886.232—2016）采用的是最傳統(tǒng)但最耗時的灰化法。

本文研究了采用微波消解儀處理樣品，用原子吸收火焰光譜法測試羧甲基纖維素鈉中的鈉含量，通過鈉含量計算羧甲基纖維素鈉的DS的方法。該方法測試簡單、準(zhǔn)確、快速，可對羧甲基纖維素鈉DS的評價和檢測提供一種優(yōu)良的技術(shù)手段。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與材料

iCE 3500 AAS原子吸收火焰光譜儀（Thermo Scientific公司）；CEM-Mars5型微波消解儀（美國CEM公司）；電子天平（瑞士梅特勒公司）；實(shí)驗(yàn)室用水為超純水，電阻率為18.2 MΩ·cm；鈉單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，1 000 μg/mL（中國計量研究院）；氯化銫，優(yōu)級純（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；無水乙醇，優(yōu)級純（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；濃硝酸，優(yōu)級純（德國默克公司），過氧化氫，優(yōu)級純（德國默克公司）。

2.2 試樣處理

2.2.1 試樣純化

稱取約1.5 g試樣，置于玻璃砂坩堝中，用預(yù)先加熱至50～70℃的乙醇溶液洗滌多次（每次加滿玻璃砂坩堝）直到加入1滴鉻酸鉀溶液和1滴硝酸銀溶液的濾液呈磚紅色，為洗滌完成，反之應(yīng)繼續(xù)洗滌，一般洗滌5次。最后1次用無水乙醇洗滌，將洗滌后的試樣移入砂芯坩堝，于溫度（120±2）℃干燥2h（1 h左右時，將砂芯坩堝內(nèi)試樣輕輕敲松）。加蓋移入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫。

2.2.2 試樣消解

準(zhǔn)確稱取0.1 g（精確至0.000 1 g）按2.2.1方法純化后的試樣，于清洗好的聚四氟乙烯溶樣杯內(nèi)，加入2.0 mL過氧化氫和5.0 mL濃硝酸，預(yù)消解0.5 h。將溶樣杯晃動幾次，使樣品充分浸沒。按照表1微波消解程序進(jìn)行消解，冷卻后取出，轉(zhuǎn)移至100 mL高密度聚乙烯（HDPE）容量瓶中，加入1.0 mL質(zhì)量濃度為5g/L的氯化銫溶液，用0.5%硝酸溶液定容，搖勻，用于鈉元素測試。同時做試劑空白溶液。

表1 微波消解條件

2.3 測定

調(diào)諧優(yōu)化儀器，在表2所示的儀器工作條件下進(jìn)行測試。

2.4 計算公式

按式（1）和式（2）計算羧甲基纖維素鈉DS：

式中：B為試樣中羧甲基質(zhì)量摩爾濃度，mmol/g；C為被測定樣中鈉元素的質(zhì)量濃度，mg/L；C0為試劑空白鈉元素的質(zhì)量濃度，mg/L；V為試樣消解定容體積，mL；M為純化試樣質(zhì)量，g；MNa為鈉元素摩爾質(zhì)量。

表2 儀器工作條件

3 結(jié)果與討論

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及濃度范圍的選擇

根據(jù)羧甲基纖維素鈉DS的特點(diǎn)（最大值不超過3）及試樣質(zhì)量。選擇將標(biāo)準(zhǔn)曲線的質(zhì)量濃度上限設(shè)為4.0 mg/L，可以保證其覆蓋任何類型羧甲基纖維素鈉DS的測試。配制鈉標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，在儀器工作條件下進(jìn)行測試，以吸光度為縱坐標(biāo)，鈉質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，見圖1。鈉元素線性范圍為0.0～4.0 mg/L，線性系數(shù)r=0.999 9，線性良好。

圖1 鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線

3.2 干擾及消除

堿金屬鈉的電離電位小于6 eV，在空氣-乙炔火焰中容易電離導(dǎo)致吸光度降低[2]。在分析溶液中加入1.0 mL質(zhì)量濃度為5 g/L的氯化銫作為電離抑制劑，可大大增加火焰中的自由電子濃度使平衡向有利于形成基態(tài)原子的方向移動增大基態(tài)原子的濃度，從而提高測試的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3.3 方法精密度及準(zhǔn)確性

對同一羧甲基纖維素鈉樣品平行測定10次，結(jié)果見表3。

表3 CMC的DS測量結(jié)果

4 結(jié)論

本文研究建立了微波消解處理，采用原子吸收火焰光譜法測試羧甲基纖維素鈉樣品DS的方法。該方法分析速度快，結(jié)果準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，測試結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)采用的檢測方法具有可比性，適用于羧甲基纖維素鈉DS的測試。