離子色譜法測定阻燃聚氯乙烯輸送帶中鹵酸含量研究

郎建平

離子色譜法測定阻燃聚氯乙烯輸送帶中鹵酸含量研究

郎建平

（上海煤科檢測技術(shù)有限公司，上海 201401）

通過鹵酸氣體釋出-吸收裝置將礦用聚氯乙烯輸送帶樣品完全燃燒，生成的鹵酸氣體經(jīng)吸收裝置充分吸收，后采用離子色譜法測定燃燒后鹵酸總量。結(jié)果表明，離子色譜儀可準(zhǔn)確定量分析礦用聚氯乙烯輸送帶燃燒釋出的鹵酸總量。離子色譜法所測鹵素標(biāo)準(zhǔn)曲線具有良好的線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.999 6；方法檢出限可達(dá)0.042 mg/L，回收率為90%～100%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2%。

離子色譜法；鹵酸總量；定量分析；線性相關(guān)性

隨著化工技術(shù)的發(fā)展，高分子聚合物材料呈現(xiàn)出“以塑代鋼”的優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于煤礦井下作業(yè)。常用的煤礦用高分子聚合物制品有輸送帶、鋼絲繩帶、風(fēng)筒、電纜絕緣層、護(hù)套層等。其中，聚氯乙烯阻燃輸送帶、聚氯乙烯管材等因其強(qiáng)度大、抗靜電性能強(qiáng)、耐腐蝕、耐磨損、阻燃性優(yōu)良而產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1-2]。兼顧煤礦井下安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)，礦用高分子聚合物不僅要具備良好的阻燃性，而且要求燃燒后產(chǎn)物低煙、低毒，有害物質(zhì)釋放量在可控范圍內(nèi)。然而，煤礦井下使用的聚氯乙烯高分子聚合物受熱釋放大量鹵酸氣體，具有強(qiáng)烈腐蝕性，影響礦下采煤作業(yè)的安全性[3]。因此，模擬礦用高分子聚合物制品在燃 燒環(huán)境下釋放鹵酸氣體，并研究其釋放氣體總量變得尤為重要。

目前，已報道的鹵酸氣體的收集有堿性濾膜采樣、EPA Method 26A方法采樣。高分子聚合物制品中鹵酸含量測定有滴定法、pH值和電導(dǎo)率測定法等[4-5]。GB/T 17650.1中用滴定法測定定鹵酸氣體含量時，滴定終點(diǎn)指示劑變化不易察覺，無法準(zhǔn)確判斷終點(diǎn)。GB/T 17650.2中pH值和電導(dǎo)率測定法方法不能測出鹵酸氣體釋放總量。而離子色譜法是近年來發(fā)展起來的新型分離技術(shù)[6]，其應(yīng)用范圍已涉及環(huán)境、燃料、能源、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。本實(shí)驗采用鹵酸氣體釋出-吸收裝置，結(jié)合離子色譜法測定阻燃聚氯乙烯輸送帶中鹵酸含量，具有線性范圍寬、檢出限低、靈敏度高、干擾少等優(yōu)勢。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

主要儀器有YN52161鹵酸氣體釋出裝置、ICS-600離子色譜儀、粉碎機(jī)、超聲波震蕩器、超純水發(fā)生器。

主要試劑有氫氧化鈉（優(yōu)級純）、碳酸鈉（優(yōu)級純）、碳酸氫鈉（優(yōu)級純）、氯離子標(biāo)準(zhǔn)溶液1 000 g/mL, 含中國計量科學(xué)研究院出具的證書。

1.2 儀器條件

淋洗液為碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液，流速1.2 mL/min，樣品注射體積為10 L。

1.3 測定方法

1.3.1 試樣處理

從礦用聚氯乙烯阻燃輸送帶隨機(jī)裁取10 cm×10 cm左右的樣品，用剪刀裁成約1 mm的小碎片，經(jīng)粉碎機(jī)研磨成顆粒物。準(zhǔn)確稱取1.0 g（精確至0.000 1 g）顆粒物，均勻平鋪于燃燒舟中，將燃燒舟小心推送至燃燒爐中心。檢查鹵酸氣體釋出裝置氣密性良好、流速穩(wěn)定后，開啟鹵酸氣體釋出裝置升溫程序，試驗開始。用分別盛放450 mL 0.5 mol/L氫氧化鈉溶液的2個集氣瓶全程收集燃燒釋放氣體。燃燒結(jié)束，收集集氣瓶中吸收液，并用0.45 μm微孔濾膜過濾，定容至1 000 mL，備用。

1.3.2 測定

移取制備好的溶液10 mL，用水稀釋定容至100 mL容量瓶中，在離子色譜儀工作條件下分析，以保留時間定性，以峰面積定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 流動相的選擇

IS600離子色譜儀所配陰離子交換柱用CO32-/HCO3-作淋洗液，用于Cl-的等濃度洗脫，快速分離。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，淋洗液強(qiáng)度和流速對Cl-保留時間影響較大。淋洗液強(qiáng)度增加，或者流速增大，Cl-保留時間縮短，Cl-色譜峰易受雜質(zhì)峰影響；淋洗液強(qiáng)度降低，或者流速降低，Cl-保留時間延長，Cl-色譜峰分辨率提高。兼顧樣品分析時間和檢測分離度，試驗選用色譜條件為：流速為1.2 mL/min；淋洗液為4.5 mmol/L碳酸鈉、1.4 mmol/L碳酸氫鈉緩沖溶液，所采集到色譜如圖1所示，圖1中1為溶劑峰，2為雜質(zhì)峰，3為Cl-離子特征峰。

圖1 Cl-（峰3）色譜圖

2.2 工作曲線的繪制及樣品測定

分別配制質(zhì)量濃度為5.0 mg/L、10.0 mg/L、15.0 mg/L、20.0 mg/L、25.0 mg/L、30.0 mg/L的Cl-標(biāo)準(zhǔn)溶液，根據(jù)色譜條件，依次測不同濃度下Cl-標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積，以峰面積對濃度作校準(zhǔn)曲線，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2所示。線性回歸方程：=0.041 6－0.038 6，=0.999 6。

圖2 不同Cl-濃度對應(yīng)峰面積圖

試驗選取了不同廠家生產(chǎn)的煤礦井下用聚氯乙烯阻燃輸送帶進(jìn)行鹵酸氣體含量測定，結(jié)果如表1所示。

表1 不同廠家生產(chǎn)的聚氯乙烯輸送帶中鹵酸含量值

序號試樣質(zhì)量/g吸收液總體積/ mL稀釋因子f從標(biāo)準(zhǔn)曲線測得值Cl-/（mg·L-1）氯化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/（mg·g-1） 11.001 81 000109.4897.28 21.037 31 000104.4944.50 31.049 41 000513.8867.98 41.100 81 000522.18103.57 51.024 81 000519.7899.21 61.036 61 0001011.69115.95

利用鹵酸氣體釋出-吸收裝置析出的鹵酸，均以氯化氫表示[4]。鹵酸總量用每克試樣中氯化氫的毫克數(shù)表示，計算公式如下：

式（1）中：（）為氯化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/g；為工作曲線Cl-濃度讀數(shù)值，mg/L；為稀釋系數(shù)；為樣品燃燒后，收集液定容體積，L；為試樣稱取量，g。

表1中試樣為隨機(jī)抽取，由數(shù)據(jù)可知，礦用聚氯乙烯輸送帶燃燒釋放鹵酸氣體的總量小于100 mg/g的比例很高。對比國內(nèi)外同類標(biāo)準(zhǔn)，此項指標(biāo)一般不大于100 mg/g。

2.3 檢出限

依據(jù)試驗方法制備空白溶液，平行測定10次，計算測定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差，得=0.014 mg/L，則檢出限值3=0.042 mg/L。

2.4 精密度

隨機(jī)選取3個樣品溶液，分別加入一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，用離子色譜法測定其Cl-含量，每組樣品進(jìn)樣6次，分析測定結(jié)果的重復(fù)性，求得相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2%，分析結(jié)果如表2所示。

表2 Cl重復(fù)性試驗數(shù)值

序號試樣中Cl-的含量/（mg·L-1）Cl-加標(biāo)量/（mg·L-1）溶液中Cl-測定值/（mg·L-1）溶液中Cl-含量的平均值/（mg·L-1）回收率/（%）相對標(biāo)準(zhǔn)偏差/（%） 112.8710.022.5922.4123.0222.6798.01.6 22.1522.6923.15 211.015.016.1816.0315.7715.9498.61.0 15.9015.7616.00 34.1015.018.3618.4218.2518.5696.41.5 18.7919.0118.56

2.5 回收率試驗

加標(biāo)于2個已知含量的樣品中，測定結(jié)果如表2所示。根據(jù)回收率公式計算，3個樣品的回收率值為90%～100%，說明該測定方法準(zhǔn)確度較高。

3 結(jié)論

本實(shí)驗通過鹵酸氣體釋出裝置收集礦用燃聚氯乙烯輸送帶中鹵酸氣體，用離子色譜儀進(jìn)行鹵酸含量分析，具有檢出限低、精確度高、操作方便等優(yōu)勢，為礦用阻燃輸送帶中鹵酸含量監(jiān)測提供了一種新的方法。

［1］周百良，李惠香.煤礦中阻燃抗靜電管道的重要性及阻燃抗靜電PVC管材的應(yīng)用［J］.聚氯乙烯，2011，39（8）：22-27.

［2］王銅源，王啟強(qiáng).高分子聚合物在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展［J］.技術(shù)與創(chuàng)新管理，2011，32（1）：83-87.

［3］方堃.高分子材料在煤礦中使用的安全性分析［J］.華北科技學(xué)院學(xué)報，2005，2（1）：24-27.

［4］機(jī)械工業(yè)部上海電纜研究所.GB/T 17650.1—1998取自電纜或光纜的材料燃燒時釋出氣體的試驗方法第1部分：鹵酸氣體總量的測定［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

［5］機(jī)械工業(yè)部上海電纜研究所.GB/T 17650.2—1998取自電纜或光纜的材料燃燒時釋出氣體的試驗方法第2部分：用測量pH值和電導(dǎo)率來測定氣體的酸度［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版，1998.

［6］北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心.HJ 549—2016環(huán)境空氣和廢氣氯化氫的測定離子色譜法［S］.北京：中國環(huán)境出版社，2016.

R123.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.003

2095－6835（2020）13－0006－02

郎建平，女，物理化學(xué)碩士學(xué)位，工程師，研究方向為礦用非金屬制品有毒有害物質(zhì)檢測。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕