微波干燥法快速測(cè)定工業(yè)無(wú)水硫酸鈉的水不溶物含量

胡 靜,何 勁,楊麗梅,魏云峰

(云南省鹽業(yè)有限公司,云南 昆明 650200)

水不溶物是工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品中一項(xiàng)很重要的技術(shù)指標(biāo),根據(jù)GB/T 6009—2014《工業(yè)無(wú)水硫酸鈉》的規(guī)定,水不溶物含量直接影響工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí)。同時(shí),生產(chǎn)操作人員也可以根據(jù)其值的大小判斷出生產(chǎn)過(guò)程控制的有效性。因此快速測(cè)定工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品中水不溶物含量是硫酸鈉型鹵水制鹽企業(yè)研究的重要課題之一。長(zhǎng)期以來(lái),一直采用GB/T 6009—2014《工業(yè)無(wú)水硫酸鈉》所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)測(cè)定工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品中的水不溶物含量,此方法采用烘箱干燥法,整個(gè)過(guò)程從坩堝恒重、溶解抽濾、沉淀恒重至結(jié)果出具,大致需要4～5 h,耗時(shí)過(guò)長(zhǎng),無(wú)法用于生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量快速、精準(zhǔn)的控制。通過(guò)前期文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),目前尚未有針對(duì)性地研究出一種適用于工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中水不溶物快速測(cè)定的檢驗(yàn)方法,以實(shí)現(xiàn)工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量的精準(zhǔn)控制。

此方法通過(guò)采用微波干燥法測(cè)定工業(yè)無(wú)水硫酸鈉中水不溶物含量,整個(gè)測(cè)定過(guò)程僅需0.5～1 h即可完成。同時(shí),通過(guò)精密度、準(zhǔn)確度及回收率試驗(yàn)可以看出,該方法具有重現(xiàn)性好、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)。為工業(yè)無(wú)水硫酸鈉生產(chǎn)中間控制分析節(jié)約了時(shí)間,為工廠生產(chǎn)工藝精準(zhǔn)控制提供了數(shù)據(jù)支持,進(jìn)一步提升了工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

用水溶解工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品,采用玻璃砂芯坩堝將產(chǎn)品中的不溶性物質(zhì)濾出,并經(jīng)多次洗滌濾渣,使之與樣品本體完全分離,烘干至恒重后,計(jì)算出其水不溶物的質(zhì)量。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

玻璃砂芯坩堝G4型,孔徑5～15 μm;ML204T電子天平,梅特勒—托麗多,精度±0.1 mg;BPG-9056B精密鼓風(fēng)干燥箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司,±1 ℃;G70F20N2L-DG(W0)微波爐,格蘭仕;SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵,鞏義市子華儀器有限責(zé)任公司;GBW(E)120125水質(zhì)濁度溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),四川中測(cè)標(biāo)準(zhǔn)物科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

結(jié)合前期某礦80萬(wàn)t/a制鹽裝置所生產(chǎn)的工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品水不溶物含量情況,實(shí)驗(yàn)選取一組(14份)不同水不溶物含量(0.01%～0.15%)的工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品,作為快速測(cè)定水不溶物含量的實(shí)驗(yàn)樣品,并按照GB/T 6009—2014《工業(yè)無(wú)水硫酸鈉》標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定改組樣品的水不溶物含量,并以此結(jié)果作為評(píng)價(jià)快速測(cè)定方法的基準(zhǔn)值,以確定微波干燥法的可靠性。

2 結(jié)果與討論

2.1 干燥時(shí)間的選擇

取6只新玻璃砂芯坩堝編號(hào),洗凈置于精密鼓風(fēng)干燥箱中,于105 ℃±2 ℃條件下干燥1.5 h后稱量第一次,并再次干燥0.5 h后稱量第二次,兩次重量差異在±0.3 mg以下視為恒重。若未恒重則繼續(xù)干燥0.5 h,直至前后兩次重量差異在0.3 mg以下。記錄坩堝重量,見(jiàn)表1。

表1 鼓風(fēng)干燥箱恒重空坩堝Tab.1 Constant weight empty crucible with drying oven

同時(shí),重新將上述6只玻璃砂芯坩堝洗凈置于微波爐中,分別采用中高火檔位、高火檔位對(duì)坩堝進(jìn)行5 min干燥后稱量第一次,并再次干燥5 min后稱量第二次,兩次重量差異在±0.3 mg以下視為恒重。若未恒重則繼續(xù)干燥5 min,直至兩次重量差異在0.3 mg以下。記錄干燥恒重時(shí)間及坩堝重量,見(jiàn)表2、表3。

表2 微波爐中高火恒重空坩堝Tab.2 Constant weight empty crucible with med-high fire in microwave oven

表3 微波爐高火恒重空坩堝Tab.3 Constant weight empty crucible with high fire in microwave oven

從表2、表3的數(shù)據(jù)可看出,利用微波爐對(duì)玻璃砂芯坩堝進(jìn)行恒重時(shí),無(wú)論在中高火檔位(干燥15 min)還是高火檔位(干燥10 min)均能實(shí)現(xiàn)空坩堝的恒重。同時(shí),與表1數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn),利用微波干燥恒重的坩堝重量與國(guó)標(biāo)法干燥恒重的坩堝重量基本一致。因此,結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康募按_保恒重質(zhì)量的穩(wěn)定性,選取微波爐高火檔位加熱10 min開(kāi)展后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2 國(guó)標(biāo)烘箱干燥法測(cè)定樣品中水不溶物含量

按照GB/T 6009—2014《工業(yè)無(wú)水硫酸鈉》標(biāo)準(zhǔn)的要求,對(duì)選取的14個(gè)工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品的水不溶物含量進(jìn)行國(guó)標(biāo)烘箱干燥法進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 國(guó)標(biāo)烘箱干燥法(1.5 h+0.5 h)測(cè)定樣品中水不溶物含量數(shù)據(jù)Tab.4 Determination of water insoluble matter content in samples by national standard oven drying method (1.5 h+0.5 h)

2.3 微波快速干燥法測(cè)定樣品中水不溶物含量

按照空坩堝恒重試驗(yàn)選取的微波檔位及干燥時(shí)間,對(duì)選取的14個(gè)工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品的水不溶物含量進(jìn)行結(jié)果測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表5。

2.4 國(guó)標(biāo)烘箱干燥法(1.5 h+0.5 h)與微波干燥法(10 min+5 min)測(cè)定樣品中水不溶物含量數(shù)據(jù)比較

將國(guó)標(biāo)烘箱干燥法與微波干燥法測(cè)定樣品中水不溶物含量的結(jié)果及時(shí)間進(jìn)行比較,結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 國(guó)標(biāo)烘箱干燥法(1.5 h+0.5 h)與微波干燥法(10 min+5 min)測(cè)定樣品中水不溶物含量數(shù)據(jù)比較Tab.6 Comparison of water insoluble matter content in samples determined by national standard oven drying method (1.5 h+0.5 h) and microwave drying method (10 min+5 min)

由表6可以看出,利用微波干燥法(10 min+5 min)與國(guó)標(biāo)烘箱干燥法(1.5 h+0.5 h)測(cè)定同一工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品中水不溶物含量,兩種方法測(cè)定結(jié)果絕對(duì)差值最大僅為0.004%,均在GB/T 6009—2014《工業(yè)無(wú)水硫酸鈉》規(guī)定的誤差要求范圍內(nèi),測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度也較高。

綜上,說(shuō)明利用微波干燥法測(cè)定工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品的水不溶物含量的方法可行。同時(shí),微波干燥法干燥水不溶物至恒重時(shí)間僅需15 min,相較于國(guó)標(biāo)烘箱干燥法的2 h,較大程度節(jié)約了干燥時(shí)間。

2.5 微波干燥法測(cè)定樣品中水不溶物含量的精密度評(píng)價(jià)

按照上述實(shí)驗(yàn)方法,利用微波干燥法對(duì)同一工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品開(kāi)展水不溶物含量9次平行性測(cè)定,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 微波干燥法測(cè)定樣品中水不溶物含量精密度評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)Tab.7 Precision evaluation data for the determination of water insoluble matter content in samples by microwave drying method

由表7可以看出,利用微波干燥法測(cè)定同一工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品中水不溶物含量極差為0.004%,在國(guó)標(biāo)規(guī)定的平行性測(cè)定絕對(duì)差值(Ⅰ類一等品≤0.005%)范圍內(nèi),相對(duì)偏差SD為0.014%,精密度RSD為0.045%。

綜上,說(shuō)明利用微波干燥法測(cè)定工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品中水不溶物含量的方法精密度較高。

2.6 加標(biāo)回收率試驗(yàn)

評(píng)價(jià)一個(gè)新方法的準(zhǔn)確度目前主要是采用方法的加標(biāo)回收率測(cè)定。通過(guò)對(duì)所建立的新方法檢測(cè)樣品某物質(zhì)含量的實(shí)測(cè)值與添加值的比,并根據(jù)加入的標(biāo)準(zhǔn)品及測(cè)定結(jié)果的比值計(jì)算回收率,從而得出新方法的準(zhǔn)確性,一般含量的加標(biāo)回收率在80%～120%之間視為合格。

目前,加標(biāo)回收率的測(cè)定已廣泛運(yùn)用于各種容量分析、儀器分析等方法中,但仍少見(jiàn)國(guó)內(nèi)有將加標(biāo)回收率運(yùn)用于重量分析法的質(zhì)量控制研究。為進(jìn)一步驗(yàn)證微波干燥法測(cè)定工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品中水不溶物含量的準(zhǔn)確性,采用了性質(zhì)較為穩(wěn)定的水質(zhì)濁度溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),利用容量分析方法加標(biāo)回收率測(cè)定的原理,對(duì)微波干燥法測(cè)定工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品中水不溶物含量方法的準(zhǔn)確度展開(kāi)研究實(shí)驗(yàn)。同時(shí),由于水質(zhì)濁度溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用濁度單位NTU進(jìn)行表示,無(wú)法直接運(yùn)用于加標(biāo)回收率的測(cè)定。因此,實(shí)驗(yàn)先采用微波干燥法對(duì)該溶液體系中不溶性物質(zhì)的含量進(jìn)行了測(cè)定,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 水質(zhì)濁度溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中水不溶物含量測(cè)定數(shù)據(jù)Tab.8 Measurement data of insoluble matter content in water quality turbidity solution reference materials

根據(jù)上述水質(zhì)濁度溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不溶性物質(zhì)含量的測(cè)定結(jié)果,結(jié)合前期工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品中水不溶物的含量,按照添加量為待測(cè)物含量的0.5～2.0倍的原則,在工業(yè)無(wú)水硫酸鈉樣品水溶液體系中添加一定量的水質(zhì)濁度溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),用于開(kāi)展微波快速法加標(biāo)回收率的測(cè)定,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表9。

由表8、表9可以看出:S1樣品的加標(biāo)回收率分別為101.78%、103.57%,S2樣品的加標(biāo)回收率分別為102.86%、112.14%,均在加標(biāo)回收率相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍(80%～120%)要求內(nèi)。如若按照有效位數(shù)修約后進(jìn)行加標(biāo)回收率的計(jì)算,此加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)基本趨于全部回收。因此,說(shuō)明該方法具有相對(duì)較高的準(zhǔn)確性。

表9 微波干燥法測(cè)定無(wú)水硫酸鈉中水不溶物含量加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.9 Experimental data on the recovery rate of water insoluble substances in anhydrous sodium sulfate determined by microwave drying method

3 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明,微波干燥法在測(cè)定工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品水不溶物含量時(shí)具有重現(xiàn)性好、準(zhǔn)確度高、精密度高、檢測(cè)時(shí)間短、過(guò)程方便快捷等特點(diǎn),其測(cè)定結(jié)果符合GB/T 6009—2014《工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品》中對(duì)工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品中水不溶含量測(cè)定偏差的規(guī)定要求。

通過(guò)采用微波干燥法測(cè)定工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品水不溶物含量,縮短了水不溶物含量分析時(shí)間,提高了水不溶物含量分析效率。為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù),提高生產(chǎn)過(guò)程控制水平,有效地保證了工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí),實(shí)現(xiàn)工業(yè)無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量的長(zhǎng)效、穩(wěn)定控制,在行業(yè)內(nèi)具有推廣運(yùn)用價(jià)值。