紡織品pH儀器測試方法優(yōu)化

王田田 ,朱蘊(yùn)珍 ,陳 明 ,黃啟英

（江蘇省紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇南京 210007）

紡織品pH是國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范GB 18401—2010中強(qiáng)制要求檢測的項(xiàng)目之一[1]。紡織品的pH如果不符合要求，在穿著和使用過程中會對人體的皮膚微環(huán)境造成損害，導(dǎo)致不適。測定紡織品pH的標(biāo)準(zhǔn)在20世紀(jì)中期就已經(jīng)出現(xiàn)。目前，國內(nèi)常用的檢測標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 7573—2009 《紡織品 水萃取液pH的測定》，國外常用標(biāo)準(zhǔn)有美國的AATCC Test Method 81-2012、日本的 JIS L 1096:2010和國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3071-2005。范秋玲[2]對以上相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)從樣品處理、萃取方式、結(jié)果計(jì)算等操作規(guī)程上做了詳細(xì)的比較和分析，確定了不同標(biāo)準(zhǔn)的萃取方式和不同介質(zhì)對測試結(jié)果的影響。由于紡織品的特殊性，為了提高檢測效率和檢測結(jié)果的穩(wěn)定性，在萃取介質(zhì)上也一直有研究。如洪杰[3]通過同標(biāo)準(zhǔn)下，不同萃取介質(zhì)的測試結(jié)果研究確定了KCl溶液作為萃取介質(zhì)的優(yōu)勢，通過加入KCl作為離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑，適當(dāng)改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度，增加萃取液的導(dǎo)電性，可以提高pH測定的穩(wěn)定性[4]。

在紡織品pH的檢測中，前處理得到的萃取液都用pH計(jì)進(jìn)行檢測。[5]目前，尚未有針對該步驟引入輔助設(shè)備提高pH計(jì)檢測效率和檢測結(jié)果穩(wěn)定性方面的研究。本項(xiàng)目通過引入檢測輔助設(shè)備磁力攪拌器來提高pH計(jì)電極表面與被測溶液的離子交換速率，以達(dá)到提高檢測效率和檢測結(jié)果穩(wěn)定性的目的；通過對比使用磁力攪拌器與不使用磁力攪拌器對實(shí)際樣品的檢測效率、檢測精密度和檢測穩(wěn)定性來確定該方法的實(shí)際優(yōu)勢。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試樣準(zhǔn)備

選取數(shù)值穩(wěn)定的代表性樣品，酸性（＜4.00）、中性（6.50～7.50）、堿性（＞9.00）樣本各一組，按照GB/T 7573—2009標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行備樣，每個(gè)樣本組準(zhǔn)備30份樣本。

1.2 儀器與試劑

儀器：機(jī)械振蕩器（太倉強(qiáng)樂實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司，旋轉(zhuǎn)式）、pH計(jì)（梅特勒TOLEDO Sevencompact，自動溫度補(bǔ)償）、純水機(jī)（德國密理博公司，AQUELIXTM5）、電子天平（精度0.1 mg，德國賽多利斯，BSA124S-CW）。

試劑：KCl（分析純，南京化學(xué)試劑有限公司）、pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液（中國計(jì)量科學(xué)研究院）。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將3個(gè)樣品組按照GB/T 7573—2009要求進(jìn)行前處理，保證環(huán)境溫度為（25±2）℃，處理完的樣品開蓋即測。

（2）pH計(jì)進(jìn)行三點(diǎn)校準(zhǔn)后，在4.01、6.86、9.18緩沖液中進(jìn)行預(yù)穩(wěn)定，按照磁力攪拌/非磁力攪拌方法測量3組樣品，每組取3個(gè)樣本記錄測量值，計(jì)算平均穩(wěn)定時(shí)間。

（3）將3組樣品中取24個(gè)樣本進(jìn)行結(jié)果精密度測試，按照磁力攪拌/非磁力攪拌方法分別進(jìn)行檢測,記錄測量值及測量穩(wěn)定時(shí)間，并計(jì)算均值及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD。

2 結(jié)果與分析

2.1 測量效率

在4.01、6.86、9.18緩沖液中進(jìn)行預(yù)穩(wěn)定，按照磁力攪拌/非磁力攪拌方法記錄測量值，計(jì)算平均穩(wěn)定時(shí)間，結(jié)果見表1。

表1 測量穩(wěn)定時(shí)間

表1結(jié)果表明，相同樣品在攪拌條件下比不攪拌條件下檢測需要的穩(wěn)定時(shí)間有明顯降低。經(jīng)9.18標(biāo)準(zhǔn)溶液穩(wěn)定后測試的中性樣品最低下降17.14%；經(jīng)9.18標(biāo)準(zhǔn)溶液穩(wěn)定后測試的酸性樣品最高下降82.39%。

相界電位由電極接觸溶液部分的水化層玻璃上的陽離子與溶液中的H+發(fā)生離子交換產(chǎn)生，干玻璃層的陽離子則向水化層擴(kuò)散用以補(bǔ)償溶出的離子，進(jìn)而形成膜電位，膜電位與試樣溶液的pH呈線性相關(guān)，由于膜內(nèi)側(cè)參比溶液中的離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為定值，最終膜電位取決于膜外側(cè)待測溶液中的H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)。pH計(jì)最終通過電流計(jì)測量這部分極微小的電位差后通過放大顯示最終數(shù)值[6]。

待測溶液的H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)是固定值，紡織品的H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低，從表1中可以明顯看出，通過磁力攪拌器的作用可以加速電極水化層的H+交換速率，有效提高檢測效率。

2.2 測量精密度

三組樣品中取24個(gè)樣本進(jìn)行結(jié)果精密度測試，按照磁力攪拌/非磁力攪拌方法分別進(jìn)行檢測,記錄測量值及測量穩(wěn)定時(shí)間，計(jì)算均值及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD，具體結(jié)果見表2。

表2 檢測精密度

從表2中可以看出，所有樣本組的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差都小于5%，符合分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。其中，酸性樣品和中性樣品的測量精密度近似，堿性樣品測量精密度相差較大，增加磁力攪拌的樣品組測試結(jié)果明顯比不磁力攪拌的樣品組結(jié)果一致性高。

攪拌組和不攪拌組的測量穩(wěn)定時(shí)間差從酸性到堿性依次遞增，酸性組時(shí)間差為4.35%，中性組時(shí)間差為103.25%，堿性組時(shí)間差為138.00%。由于pH計(jì)測量速率與H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接相關(guān)，酸性樣品的H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)高所以穩(wěn)定速度相對較快，受攪拌因素影響小，隨著樣品的堿性越強(qiáng)，H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，樣品時(shí)間檢測過程中響應(yīng)速度受攪拌因素影響越大。

表2中，酸性組、中性組攪拌與不攪拌的結(jié)果相差較?。ǎ?.03），堿性組相差較大（0.07），這是由于堿性組在測量過程中，由于被測溶液直接接觸空氣，空氣中的二氧化碳溶入被測溶液后發(fā)生如下反應(yīng)：H2O+CO2=H2CO3= H++HCO3-，由于不攪拌的堿性樣品在測試時(shí)穩(wěn)定時(shí)間較長，由于空氣中二氧化碳不斷溶入而持續(xù)釋放出的H+不斷增加溶液的H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)，逐漸降低被測溶液的pH，影響樣品的實(shí)際測量值，造成負(fù)偏差。由此可見，在堿性樣品測試時(shí)使用磁力攪拌器不但可以提高檢測效率，還可以得到更準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。

2.3 測量穩(wěn)定性評估

用Minitab對堿性組的11組測量值進(jìn)行攪拌/不攪拌的穩(wěn)定性評估，具體見圖1。

圖1 穩(wěn)定性評估

通過95%置信區(qū)間的擬合可以得到線性方程：

攪拌測量值 =9.18+0.001 30× 次 （1）

不攪拌測量值 =9.06+0.003 49× 次 （2）

按照擬合方程可以預(yù)測出樣品在95%置信區(qū)間內(nèi)的每次測量的測量值。從擬合方程可以看出，通過磁力攪拌測量的樣品對應(yīng)測量次數(shù)的常量系數(shù)較小，穩(wěn)定性較好。圖1中，攪拌組的穩(wěn)定期為123.343次，不攪拌組的穩(wěn)定期為65.895 7次，同樣的樣品在攪拌條件下可以在更長的穩(wěn)定期保證結(jié)果的重現(xiàn)性。

3 討論

通過在不同初始條件下磁力攪拌器對不同酸度樣品的測試速率的研究，確定磁力攪拌器能夠確實(shí)減少pH計(jì)在檢測樣品時(shí)的穩(wěn)定時(shí)間。通過攪拌/不攪拌條件下對不同酸度樣品的測試，確定了攪拌條件下的檢測結(jié)果更為穩(wěn)定可靠。特別對于堿性樣品，攪拌條件下的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為不攪拌條件下的43%，結(jié)果穩(wěn)定性更好。

在紡織品pH的檢測中完全可以使用磁力攪拌器來提高檢測效率，可以節(jié)省人力成本。