工業碳酸鈉產品中鐵含量分析方法的探討

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(連云港堿業有限公司，江蘇 連云港 222042)

工業碳酸鈉產品中鐵含量分析方法的探討

劉西洲，謝佃村

(連云港堿業有限公司，江蘇 連云港 222042)

通過對目前工業碳酸鈉檢驗中鐵含量的分析方法進行研究，探討了如何提高檢驗數據的準確性和代表性，更好地把好出廠產品質量關，提高產品競爭力。

純堿；產品分析；鐵含量；精密性；質量檢驗

鐵含量是純堿產品的一個重要質量指標，紡織、洗滌、高端玻璃等行業對純堿的鐵含量都有嚴格的要求。純堿中鐵含量的測定方法國內外標準都是采用鄰菲啰啉分光光度法，國標中要求鐵含量(以Fe計)≤0.0035，但一般大的純堿生產廠家都能控制在0.002%以下。現對鐵含量的分析方法進行研究，以提高檢驗數據的準確性和代表性。

1 國標檢驗方法

1.1 方法提要

用抗壞血酸將試液中的三價鐵還原成二價鐵，在pH=4～6時，二價鐵離子可與鄰菲啰啉生成穩定的橙紅色絡合物，于分光光度計最大吸收波長510 nm處測量其吸光度。

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，該溶液應避光保存，僅能是使用無色溶液；

鐵標準溶液：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：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鐵標準溶液，用水稀至約40 mL，用1+3HCl溶液或2+3 NH3·H2O溶液調至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處測量其吸光度，以鐵含量為橫坐標，對應的吸光度為縱坐標，繪制工作曲線。

測定條件：時間2017年5月19日，室溫28 ℃

儀器：7230G型分光光度計

鐵標液：0.01 mg/mL

1.4.2 測定結果

表1 鐵標液吸光度測定

根據以上數據計算以鐵含量為橫坐標(X)、吸光度(減空白后)為縱坐標(Y)的線性回歸方程為：

Y=5.8523X+0.001463

相關系數r=0.99998

摩爾吸光系數ε=1.10×105(L mol-1cm-1)

可見吸光度與鐵含量之間具有較好的線性相關關系,在測定鐵含量的濃度范圍內，符合朗伯-比耳吸收定律。

1.4.3 繪制鐵標準曲線

根據表1數據，以鐵含量為橫坐標(X)、吸光度(減空白后)為縱坐標(Y)繪制鐵標準曲線如圖1。

圖1

1.5 試樣的測定步驟

稱取試樣精確至0.01 g，置于燒杯中，加少量水濕潤，滴加35 mL鹽酸溶液(1+1)，煮沸3～5 min,冷卻(必要時過濾)，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，與試驗溶液一并用氨水(1+9)和鹽酸溶液(1+3)調節pH值為2(用精密pH試紙檢驗)。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，測量試液和試劑空白溶液的吸光度。用試驗溶液的吸光度減去空白試驗溶液的吸光度，從工作曲線上查出相應的鐵的質量。

結果計算：鐵(Fe)的質量分數ω3(數值以%表示)按下式計算：

式中：m1——從工作曲線上查出的鐵的質量的數值，單位為毫克(mg)；

m——移取試驗溶液中所含試料的質量的數值，單位為克(g)；

w0——測得的燒失量的質量分數的數值，以%表示。

2 方法精密度的試驗

分別準備1#～4#樣品，按照1.5節的分析步驟測定純堿中的鐵含量，每個樣平行測定8次，結果統計如表2。

從表2四個樣品的測定結果看出，該方法具有較高的精密度。

3 幾種分析過程的影響

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分別平行進行試驗8次，結果與表2中1#樣數據對比如表3。

表2 純堿中鐵含量測定

表3 不同樣品量下測定的鐵含量

從以上試驗結果可以看出，稱樣量為5 g、10 g、20 g 對鐵含量的測定結果幾乎沒有影響，只是稱樣量為5 g時測定結果的精密度稍差點，可能是由于鐵的微小黑點分布不均勻所至，稱10 g和20 g的結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

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

實驗步驟：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量其吸光度，空白試驗溶液也分別加入三種不同的緩沖溶液，根據測定的吸光度計算樣品的鐵含量如表4。

表4 不同酸度下測定的鐵含量

從以上結果看出，在三種不同的pH緩沖溶液條件下，對鐵含量的測定結果沒有影響。

3.3 抗壞血酸的影響

因為只有Fe2+才與鄰菲啰啉生成橙紅色絡合物，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、加入的量的多少對測定結果都有影響。

試驗中取2#樣品10.00 g按1.5節的步驟溶解于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,顯色后后測量其吸光度，空白試驗溶液也分別加入對應量的抗壞血酸。根據測定的吸光度計算樣品的鐵含量如表5。

表5 不同量抗壞血酸下測定的鐵含量

從上表可以看出，不加入抗壞血酸時結果偏低很大，而加入抗壞血酸1.0 mL以上則結果沒有變化。所以在考慮生產質量波動時，如鐵在一等品或合格品時的情況，選擇加入2.5 mL抗壞血酸較適宜。

在實際操作中還應注意抗壞血酸溶液的顏色，當其顏色發黃時表示已失效(一般在冬季10 d,夏季7 d左右)，應重新配制，否則會造成較大誤差。

3.4 溶樣時間的影響

純堿樣在加入鹽酸溶解是要促進鐵的溶解，要使完全溶解，一般2～3 min即可，但在之后繼續加熱煮沸是否對測定結果有影響呢？實驗中采用3#、4#樣，分別稱三個試樣，溶解后分別加熱到2 min、5 min、10 min，對比數據如表6。

表6 不同煮沸時間下的鐵含量

從以上數據看出，加熱煮沸2 min已經使鐵離子溶解完全，再繼續加熱對結果沒有影響，故一般加熱煮沸2～3 min即可。但要注意在檢驗設備大修后出現的鐵高堿時，由于堿中會出現鐵渣，煮沸時間應適當延長，直至其完全溶解。

3.5 顯色時間的影響

采用3#、4#樣，溶解顯色后分別在2 min、10 min、30 min時測定其吸光度，計算鐵含量如表7。

表7 不同顯色時間下的鐵含量

從以上數據可以看出，顯色時間為2 min、10 min、30 min時，測定的溶液吸光度幾乎沒有變化，說明二價鐵離子與鄰菲啰啉生成的橙紅色絡合物非常穩定，所以一般在顯色后2～3 min進行測量即可。

3.6 純堿白度與鐵含量的關系

目前好多高端的用戶對純堿的白度都提出了指標要求，白度和鐵含量密切相關。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；如果設備大修后或出現生產異常后，鐵分升高，白度就隨之下降，當超出優等品指標時(>0.0035%)，白度就低于80，外觀就開始變為微紅色直至出現紅堿。

因此根據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過程的變化，提前報警，預防不合格品的包裝出現。

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TQ114.17

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1005-8370(2017)06-21-04

2017-08-01

劉西洲(1972—)，現為連云港堿業有限公司石灰車間主任。